JP2000260899A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2000260899A
JP2000260899A JP6416699A JP6416699A JP2000260899A JP 2000260899 A JP2000260899 A JP 2000260899A JP 6416699 A JP6416699 A JP 6416699A JP 6416699 A JP6416699 A JP 6416699A JP 2000260899 A JP2000260899 A JP 2000260899A
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tape
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勝也 酒井
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
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    • H01L2924/151Die mounting substrate
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    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA

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Abstract

(57)【要約】 【課題】エラストマには、半導体素子とエラストマ間、
及びエラストマと配線済みテープ間の接着特性の相違に
よる密着性と、各部品間の熱膨張特性の相違から選択で
きる材料の組み合わせが限定されてくるという課題があ
る。本発明は、応力緩和材を用いずに、半導体装置の各
部品間の熱膨張率の差からくる応力発生の影響を最小限
にし、かつ、耐久性、耐熱性、製造の効率化という課題
を解決する半導体装置のパッケージを提供する。 【解決手段】本発明は配線済みテープ204と半導体素
子201との間の応力緩和手段として、半導体素子20
1と半導体装置の使用される温度範囲でほぼ同等の熱膨
張率を持つ半導体素子装着基板209を装着し、次に、
その基板209と配線済みテープ204とを開口部20
0周辺で接着剤210で接着し、この手段によって応力
の影響をなくすという構造の半導体装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置のパッ
ケージに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来は、実装技術においてはリードをパ
ッケージ周辺に配置する面実装パッケージが主に使用さ
れてきた。しかし、現在では半導体の高速化、多ビット
化、低消費電力化が目覚しい勢いで進行しつつある。こ
れに伴い、面実装パッケージではサイズ的にも電気特性
の面でも限界に近づき、高速メモリシステム用のメモリ
パッケージとして、BGA(BallGridArra
yボールグリッドアレイ)と呼ばれる、フェースダウン
型のパッケージが使われるようになって来た。ここで、
BGAとは多ピン・高密度化に対応して底面に球状の半
田ボールをアレイ状に並べてあるパッケージである。こ
のパッケージの課題の1つは、BGAは一般に基板上に
半導体素子を載せワイヤボンド等の接続手段を施した
後、半導体素子の側だけを封止するため、半導体素子と
実装基板の熱膨張率の差によりパッケージが反る現象が
起こることである。このような現象に対応する為、図1
5に示されるように、従来の例では、構造が片面モール
ド(封止)であることから、シリコンから成る半導体素子
101と、半田ボール105を装着する配線済みテープ
104の間に、応力緩和物質であるエラストマ(Elastom
er:応力緩和物質)102と呼ばれる物質を挿入するこ
とによって、半導体素子101と実装基板107との間
に生じる熱膨張率の差による応力に、エラストマの弾力
性により対応している。
【0003】しかし、このエラストマでは強い粘着力、
応力緩和可能な高い柔軟性、半導体素子を保護できる耐
湿性、エージング等100℃以上の工程に耐える耐熱
性、長期使用に耐える耐久性などの多くの条件が要求さ
れ、高価な素材となる。さらに、これらの条件を満たす
物質は、材料を製造した後、1ヶ月程度の短期間で製造
しなければ、変成により使用できなくなる。その為、作
り置きすることができず、急な生産の必要が生じた場合
の対応が難しい。更に、一般的に使われているワイヤボ
ンディングではワイヤを電気的に半導体素子101と配
線済みテープ104間で接合する場合には、配線済みテ
ープ104に超音波による加熱工程を加えてから、荷重
をかけてボンディングする必要がある。しかし、配線済
みテープ104に接するエラストマ102は超音波を吸
収しやすい性質であり、かつ応力緩和を目的とする素材
なので、ボンディングの荷重を吸収する。従って、エラ
ストマ102を余り厚くすると加熱ができず、その上荷
重もかけることができないので、ワイヤボンディングが
うまく接合できないことがある。結局、一般的なワイヤ
ボンディングを使用することは適切でないといえる。そ
の為、ボンディング等の接続のためリード線が、あらか
じめテープ内部に埋め込まれたタイプであるビームリー
ドボンディング等を用いている。
【0004】これにより、半導体素子101と、半田ボ
ール105を接続するためのビームリード106をボン
ディングしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】パッケージの熱膨張率
の差による応力の発生の影響を最小限に抑えることを達
成する為のエラストマには、半導体素子とエラストマ間
およびエラストマと配線済みテープ間の接着特性の相違
による密着性と、各部品間の熱膨張率の相違から選択で
きる材料の組み合わせが限定されてくるという課題があ
る。次に、エラストマは長期使用すると変成しやすいと
いう耐久性上の課題がある。次に、エラストマそのもの
の水分の存在から、耐久性に課題を残している。このよ
うな課題からエラストマを使用せずに応力の影響をなく
し、耐久性、耐湿性等の向上を図る必要がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
本発明の半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子
の底面に接着剤により接着され、開口部を有し、前記半
導体素子と同等の熱膨張特性の前記半導体素子装着基板
と、前記半導体素子装着基板の底面に、接着剤により接
着され、開口部を有する配線済みテープと、前記半導体
素子、および前記配線済みテープの配線部分を接続した
導線と、前記半導体素子装着基板の開口部、前記配線済
みテープの開口部、前記半導体素子の底面、および前記
導線を封止する保護手段と、前記半導体素子に接続され
た配線済みテープの配線部分と電気的に接続されている
半田ボールとを具備することで上記課題を達成する。
【0007】
【発明の実施の形態】この説明は請求の範囲を詳細に説
明するものであり、本発明の権利範囲を限定するもので
はない。 実施例1 図1は本発明の実施例1の断面図である。この側面図
は、図2に示すとうりである。この裏面図は図3に示す
とうりであり、上面図は図4である。この例の製造方法
は、図5に示されるように、まずシリコンから成る半導
体素子201と、シリコンと同等の熱膨張特性(半導体
を通常使用する温度範囲での熱膨張率[10-6/℃]の変
化)を有する半導体素子装着基板209を通常の接着剤
208で固定する。ここで、半導体素子装着基板209
は中心部分に開口部分を設けている。これにより、開口
部分200が形成される。ここで、同等の熱膨張率をも
つという表現で示される半導体素子装着基板209の材
料の熱膨張の範囲としては、42Alloyと呼ばれる金属
板(熱膨張率4.3[10-6/℃])あるいは熱膨張率の
小さいガラスファイバーを含む有機系の基板等、シリコ
ン(熱膨張率2.6-3.6[10-6/℃])による熱膨張
によってもたらされる応力に、半導体素子装着基板20
9の熱膨張によってもたらされる応力が実用上整合する
レベル(概ね熱膨張率5.0[10-6/℃]以下)であれば
材料はこれに限らない。この材料間の整合には密着性等
の課題もあり、熱膨張率だけで整合性を判断することは
難しいが、セラミック基板の一種であるアルミナ基板
(Al23:熱膨張率7.3[10-6/℃])では完全に不
整合である。このことから分かるように、本発明は材料
の選択の幅が広がっている。
【0008】次に、図6で示されるように、開口部分を
設けた配線済みテープ204の開口部分と、図5の工程
で形成された半導体素子装着基板209の開口部分20
0を、接着剤210により強度が維持できる程度のごく
近傍の部分で、それぞれの開口部分がほぼ重なるように
接着する。これにより開口部分200が完成する。これ
は半導体基板201の底部の接着剤208で固定されて
いない部分と、その側面の一部となる接着剤208、半
導体素子装着基板209、接着剤210、および配線済
みテープ204に囲まれた領域である。なお、配線済み
テープ204は半導体装置を搭載する実装基板207と
同等の熱膨張率のものとする。この結果、接着剤210
は、半導体素子装着基板209と配線済みテープ204
とをごく狭い面積で接着することになる。次に、図7に
示されるように、半導体素子装着基板209上と、半導
体素子201の底部の接着剤208と、半導体素子20
1とをポッティング等の保護手段により封止する。次
に、図8で示されるように、配線済みテープ204と半
導体素子装着基板209をビームリード・ボンディング
206により配線する。この後、開口部分200を、ポ
ッティング203により封止する。次に、図9で示され
るように、配線済みテープ204の表面で、配線済みテ
ープ204の配線部分および半田ボール205を電気的
に接続するように形成する。
【0009】次に、図10で示されるように、配線済み
テープ204の形状と半導体素子装着基板209の形状
とが一致するように配線済みテープ204を加工する。
次に、図1で示されるように、半田ボール205および
実装基板207を電気的に接続する。この結果、配線済
みテープ204と半導体素子201のエラストマを介し
た応力緩和手段の代替手段として、通常の接着剤を、開
口部以外の一部にのみ使用することにより、配線済みテ
ープ204と半導体素子装着基板209との間の接着剤
以外の部分は空気の層になる。これにより、実施例1の
半導体装置が完成する。原則的に、半導体素子装着基板
209と配線済みテープ204の熱膨張率の差による応
力は、半導体素子装着基板209と配線済みテープ20
4の接着面積に比例して増加するが、本実施例では接着
面積はわずかであるから、応力の影響は最小限に抑えら
れる。つまり、本発明は前記接着剤以外の部分での、配
線済みテープ204と半導体素子装着基板209間の熱
膨張率特性の相違による相互の応力の影響を、空気の層
を中間に存在させることで最小限にするものである。よ
って、この半導体装置の構造上、エラストマに要求され
るような特別な性質を必要としない通常の接着剤を使用
できる。この接着剤は、狭い面積でも十分な強度が維持
できるものが現在は多数あり、エラストマのように変成
するといった課題がなく、耐久性が従来技術に比べて向
上する。
【0010】更に、エラストマと同様の効果を維持しつ
つ、接着剤の接着部分の配置によっては、空気の層から
熱を逃がしやすい放熱効果の高い構造とすることができ
る。このことは半導体装置の耐熱性向上に寄与する。更
に、接着剤という手段により、半導体素子装着基板20
9と配線済みテープ204を接続しているため、接着工
程に特別の対応が必要ないといった効果がある。更に、
半導体素子と半導体素子装着基板間、および半導体素子
装着基板と配線済みテープ間での接着特性の相違によ
り、エラストマでは、接着できる各部品間の密着性に課
題があるため、各部品間の選択できる材料の組み合わせ
の自由度が限られることがあった。しかし、接着剤は材
料の接着特性の相違に対応できる種類のものが多数存在
するので、各部品間の選択できる材料の組み合わせの自
由度が大きい。またエラストマと異なり、半導体実装基
板は例えば42Alloy等の金属を利用することがで
き、水分を含まない素材で半導体素子の表面を十分に保
護できる。この為、耐湿性が大きく向上することは明ら
かである。 実施例2 実施例1の図5から7で説明した製造方法と同様に、図
11に示すように半導体素子301の底面の一部と前記
半導体素子301とほぼ同等の熱膨張特性を持つ半導体
素子装着基板309とを、接着剤308で接着する。こ
こで、半導体素子装着基板309は、実施例1と同様の
開口部分300を有する。
【0011】次に、前記半導体素子装着基板309の底
面の開口部領域周辺に、開口部分を有する配線済みテー
プ304を接着剤310により接着する。これで実施例
1と同様に開口部分300が完成する。開口部分300
は、前記半導体素子301、前記半導体素子装着基板3
09、及び前記半導体素子301と前記半導体素子装着
基板309が接着された部分308で構成される。ここ
までは実施例1の図5から図7と同様であるが、本実施
例では、前記半導体素子301と前記配線済みテープ3
04を電気的に接続する手段として、テープ表面に配線
を設けて、その表面の配線と電気的に接続できるワイヤ
ボンデイング311を用いる。ワイヤボンデイングが使用
できるのは、ボンデイングする際に、ワイヤと接続する
部分は接着剤310と固い基板309であるので、超音
波による加熱が容易で、十分に圧力がかけられ、ボンデ
ィングが容易であるからである。その後、実施例1と同
様に、この開口部分300をポッテイング樹脂303で
封止する。次に、図12で示されるように、配線済みテ
ープ304の表面に形成されている配線部に、半田ボー
ル305を配線済みテープ304の表面で形成し、電気
的に接続する。
【0012】次に、図13で示されるように、配線済み
テープ304の形状と半導体素子装着基板309の形状
とが一致するように配線済みテープ304を加工する。
次に、図14で示されるように、半田ボール305と実
装基板307を電気的に接続する。このように、実施例
2では、配線済みテープ304と接しているのは十分な
強度を持つ通常の接着剤310であるので、ボンディン
グの手段として、超音波を使った加熱工程、及び十分な
ボンディングツールによる荷重工程が、配船済みテープ
304に行える。よって、製造機器等が豊富で、より技
術的蓄積のあるワイヤボンディングを用いることができ
る。更に、配線済みテープ304はテープ表面に配線を
行っており、配線表面からワイヤボンディングを接続す
る方式である為、あらかじめ内部に配線を組み込むタイ
プのビームリードボンディングに比べて、半田ボールの
接続端子のレイアウト設計の変更に幅を持たせることが
できる。
【0013】
【発明の効果】以上のように、本発明によるパッケージ
構造では、熱膨張率の差による応力の発生の影響を最小
限に抑えることができる。熱膨張率の差による応力の発
生の影響を、最小限に抑えることを達成する為の接着剤
は、耐久性もあり、接着工程も特別なものを必要としな
い。更に、半導体素子と半導体素子装着基板間、及び半
導体素子装着基板と配線済みテープ間での選択できる材
料の組み合わせの自由度が大きい。また、応力緩和材を
各部品間に使用したときと異なり、半導体素子装着基板
は、半導体素子の表面を十分に保護できる為、耐湿性が
大きく向上する。このようにエラストマを使用せずに応
力の影響をなくし、耐久性、耐湿性等の向上を図ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の半導体装置を示す断面図である。
【図2】実施例1の半導体装置を示す側面図である。
【図3】実施例1の半導体装置を示す裏面図である。
【図4】実施例1の半導体装置を示す上面図である。
【図5】実施例1の半導体装置の製造方法の一工程を示
す断面図である。
【図6】実施例1の半導体装置の製造方法の一工程を示
す断面図である。
【図7】実施例1の半導体装置の製造方法の一工程を示
す断面図である。
【図8】実施例1の半導体装置の製造方法の一工程を示
す断面図である。
【図9】実施例1の半導体装置の製造方法の一工程を示
す断面図である。
【図10】実施例1の半導体装置の製造方法の一工程を
示す断面図である。
【図11】実施例2の半導体装置の製造方法の一工程を
示す断面図である。
【図12】実施例2の半導体装置の製造方法の一工程を
示す断面図である。
【図13】実施例2の半導体装置の製造方法の一工程を
示す断面図である。
【図14】実施例2の半導体装置の製造方法の一工程を
示す断面図である。
【図15】従来の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
200開口部分 201シリコンから成る半導体素子 203ポッティング樹脂 204配線済みテープ 205半田ボール 206ビームリードボンディング 207実装用基板 208接着剤 209半導体素子装着基板 210接着剤 300開口部分 301シリコンから成る半導体素子 303ポッティング樹脂 304配線済みテープ 305半田ボール 307実装用基板 308接着剤 309半導体素子装着基板 310接着剤 311ボンディングワイヤ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子と、 前記半導体素子の底面に接着剤により接着され、開口部
    を有し、前記半導体素子と同等の熱膨張特性の前記半導
    体素子装着基板と、 前記半導体素子装着基板の底面に、接着剤により接着さ
    れ、開口部を有する配線済みテープと、 前記半導体素子、および前記配線済みテープの配線部分
    を接続した導線と、 前記半導体素子装着基板の開口部、前記配線済みテープ
    の開口部、前記半導体素子の底面、および前記導線を封
    止する保護手段と、 前記半導体素子に接続された配線済みテープの配線部分
    と電気的に接続されている半田ボールとを具備すること
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】開口部を有する配線済みテープが接着剤に
    より前記開口部周辺領域で接着されたことを特徴とする
    前記請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】半田ボールと配線済みテープの配線部とを
    接続する導線として、ワイヤボンディングを用いたこと
    を特徴とする前記請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】前記半導体素子装着基板の材料として、4
    2Alloy、および熱膨張率の小さいガラスファイバ
    ーを含む有機系の物質から選択することを特徴とする請
    求項1記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】半導体素子装着基板の材質が、半導体装置
    を使用する温度範囲で熱膨張率[10-6/℃]が2.6
    から4.3の範囲であることを特徴とする前記請求項1
    記載の半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005064467A (ja) * 2003-07-25 2005-03-10 Shinko Electric Ind Co Ltd インターポーザ及びこれを用いた半導体装置
CN113870704A (zh) * 2021-09-27 2021-12-31 上海天马微电子有限公司 显示装置

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