JP2001015627A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置および半導体装置の製造方法Info
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Abstract
導体チップの接続端子パッドの配列ピッチが小さくなっ
たため、パッケージ基板に半導体チップをパッケージン
グして、端子同士の位置合わせを行って端子接続を行う
場合に、熱膨張率の差などにより、位置ずれが生じてし
まうという問題があり、その解決が望まれていた。 【解決手段】 半導体チップとパッケージ基板との間
に、半導体チップとほぼ熱伝導率の等しいスケールトラ
ンスフアー基板を介在させて、半導体チップのピッチの
小さい接続端子パッドとの接続をスケールトランスファ
ー基板によって行い、スケールトランスファ基板上の他
方で接続端子のピッチを拡大してパッケージ基板の接続
端子に接続する。こうすることにより、半導体チップの
接続端子の数が増してピッチが小さくなっても接続端子
の位置ずれなどの問題が回避され、端子間の接続が可能
となる。
Description
ケージ基板に搭載された半導体装置に関し、より詳しく
は高密度に集積された半導体集積回路チップをパッケー
ジ基板に搭載した半導体装置およびその製造方法に関す
る。
チップに集積される回路の規模が増大している。これに
伴って、半導体チップから外部へ引き出される接続端子
の数が増すと共に、半導体チップの接続端子の配列ピッ
チがますます狭くなっていく方向にある。
工寸法が 0.2μm 程度のとき、10mm角の半導体チップに
接続端子として、約1,000 パッドが必要となってきてい
る。半導体チップにおいては、約1,000 個のパッドを10
mm角の半導体チップの周辺に沿って、例えば一列に配置
すると、パッドのピッチは40μm 程度と非常に狭い間隔
になる。
えば、半導体チップの接続端子のピッチの微細化は、ま
もなく30μm 程度そして20μm 程度に達することにな
る。
チを半導体チップのパッドのピッチに合わせて端子接続
を行う際に、半導体チップのパッドのピッチが狭くなる
に伴い、以下に述べるような技術課題がクローズアップ
されるようになった。
ding) によりパッケージングされる半導体装置の具体例
に基づいて説明する。TAB では図12に例示した模式的断
面図のように、ポリイミド樹脂基板1上に形成されたCu
配線2が、ポリイミド樹脂基板1における半導体チップ
5を配置する開口部20内へと突き出され、この突き出さ
れた配線(インナーリード17)と半導体チップ5の接続
電極パッド6上に形成された金バンプとが位置合わせさ
れ、インナーリードの上面からボンディングツールの熱
と荷重で接合される。インナーリードにSnメッキが施さ
れている場合には、Au/Sn 合金が接合部に形成され、ま
た金メッキが施されている場合には、Au/Au 接合され
る。なお図5において、符号10はパッケージ端子をマザ
ーボードに端子接続を行うための接続端子のはんだボー
ルを示す。
せ精度は、インナーリードの位置精度、位置合わせ装置
の精度、ボンディング時のインナーリード変形による位
置精度ずれが総合されて決まる。また、バンプからイン
ナーリードがはみ出さないためには、インナーリードの
幅と前記位置精度ずれから、インナーリードの端の位置
がバンプの端から出ないような設計にする必要がある。
μm 、装置の精度が 5μm 、インナーリードの幅が20μ
m 、インナーリード変形による位置ずれが 6μm 、の場
合、総合位置精度は、 (72 +52 +62 )1/2 =10.5(μm ) となり、バンプの幅はインナーリード幅に総合位置精度
の2倍を加えた値、即ち 10.5×2 +20=41μm が必要になる。
を限界としている。
導体チップとの端子接続をして、パッケージングを可能
にするためには、上記の各精度を高めて、上記限界値を
小さくしてゆく必要がある。このため、上記においてイ
ンナーリード幅20μm はバンプピッチに応じて小さく
し、またインナーリードの変形による位置ずれ 6μm
は、加える加重や熱を制御して小さくし、さらに装置の
精度 5μm は高精度の位置合わせ装置を用いることによ
って小さくすることが可能である。
7μm は、基板の熱膨張率や湿度膨張率によって決まる
量であって、その精度はパッケージ基板材料によって限
定されるものであるため、基板材料として例えば上記ポ
リイミドを用いる限り、小さくすることができない。他
方で、パッケージ基板材料として、熱膨張率および湿度
膨張率の小さい材料を選ぶことは、これまでのパッケー
ジ基板が使えなくなることによる新たな技術課題を抱え
ると共に、大幅なコストアップを伴うなどの問題があ
り、好ましくない。
ついても同様である。
するために、チップサイズパッケージ(CSP) に関する開
発が盛んである。しかしながら、CSP では半導体チップ
の端子数100 個以下(将来は300 個以下)、端子ピッチ
750 〜800 μm のレベルを対象にしているに過ぎず、上
述したような端子数が多く、端子ピッチが狭い半導体チ
ップのパッケージングにおける技術課題を解決に結びつ
くものではない。
の高い集積回路チップなど、接続端子が多く、その端子
ピッチの狭い半導体チップは、パッケージングに際し、
端子の位置精度が得られず、端子接続が困難になること
から、このような半導体チップのパッケージングを可能
にする新しい技術を得ることが重要な課題であった。
あって、新たな構成によりパッケージの接続端子の位置
精度を高め、電極端子ピッチの狭い半導体チップを端子
接続しパッケージングした半導体装置およびその製造方
法を提供するものである。
り、上述の課題の解決を得たものである。
前記半導体チップを搭載し熱膨張係数が前記半導体チッ
プとほぼ等しいスケールトランスファー基板と、前記ス
ケールトランスファー基板を保持するパッケージ基板と
からなり、前記スケールトランスファー基板は、前記半
導体チップに近接して形成された第1の接続端子と前記
第1の接続端子よりも前記半導体チップから離れた位置
に形成された第2の接続端子とを備えた導電配線を有
し、前記第1の接続端子が半導体チップの電極端子に接
続され、前記第2の接続端子が前記パッケージ基板のイ
ンナーリード端子に接続されていることを特徴とするも
のである。
板は、半導体チップとパッケージ基板との間に介在させ
た基板であって、基板上に半導体チップの電極端子パッ
ドのピッチに相当する小さなピッチの接続端子と、パッ
ケージ基板の接続端子に相当する比較的ピッチの大きい
接続端子とを有し、これらの端子の間を導電配線によっ
て接続したものである。このような構成により、半導体
チップの電極端子とスケールトランスファー基板上の小
さなピッチの第1の接続端子との接続を行い、他方で比
較的大きなピッチの第2の接続端子とパッケージ基板の
インナーリードとを接続するものである。
板は、基板の熱膨張率を半導体チップとほぼ等しくして
いるので、半導体チップの電極端子とスケールトランス
ファー基板の第1の接続端子との接続時における温度変
化による接続端子の位置ずれの発生を防止でき、また接
続後の接続部の熱応力の発生を回避できる。他方でスケ
ールトランスファー基板の第2の接続端子とパッケージ
基板のインナーリードとの接続では、スケールトランス
ファー基板とパッケージ基板との間に熱膨張係数の差が
あっても、接続端子ピッチを広くしているいので、その
端子接続については従来技術で対処できる。
とパッケージ基板の間にスケールトランスファー基板を
介在させることによって、半導体チップの接続端子の数
が増してそのピッチが狭くなっても、端子接続を行うこ
とが可能となって、パッケージングが可能となる。
定されるものではなく、樹脂基板であってもよく、また
セラミック基板であってもよい。
は半導体基板を配置する開口部を有し、半導体チップが
この開口部内に配置されている形が好ましい。
ファー基板は熱膨張係数として、半導体チップの熱膨張
係数にほぼ等しい2 〜4ppm/ ℃を有することが好まし
い。
ンスファー基板の湿度膨張係数が、前記半導体チップの
湿度膨張係数とほぼ等しいことがさらに好ましい。
スファー基板としては、シリコン基板を好ましく用いる
ことができる。スケールトランスファー基板に半導体チ
ップと同じシリコン基板を用いれば、熱膨張係数および
湿度膨張係数を半導体チップに合わせることができる。
ー基板として、半導体チップと熱膨張係数がほぼ等しい
酸化けい素基板を用いることができる。酸化けい素基板
としては、石英基板または石英ガラス基板を好ましく用
いることができる。また、熱膨張係数が半導体チップと
ほぼ等しい窒化アルミニウムの表面に絶縁層を設けた基
板や、熱膨張係数を半導体チップとほぼ等しくした低熱
膨張係数金属の表面に絶縁層を設けた基板を用いれば、
良好な熱伝導性により、半導体チップの発熱に対する放
熱効果を得ることができる。
ー基板は厚さを30μm 以上150 μm以下にすることが好
ましい。スケールトランスファー基板の厚さが30μm 未
満では機械的強度が低下する。また 150μm を超えると
可撓性が減少するので、応力ひずみを吸収させる上で 1
50μm 以下が好ましい。また、このスケールトランスフ
ァー基板は厚さを30μm 以上 100μm 以下にすることが
さらに好ましい。
板は、従来は製作が困難であったが、特開平11-40520に
詳細に記載されたウエーハの分割方法を用いることによ
って、チッピングを防ぐことができ、製作が可能になっ
た。
体チップの接続端子と樹脂基板接続端子との間の接続
を、半導体チップと熱膨張係数の等しいスケールトラン
スファー基板の接続端子及び配線を介して行うので、例
え半導体チップパッドのピッチが密になっても、接続端
子間の位置ずれを回避でき、高集積度の半導体チップの
実装が可能である。
やセラミック封止などの封止を行って、半導体チップを
保護することができる。
する半導体装置は、シングルチップパッケージ(SCP) に
限らず、マルチチップモジュール(MCM) であってもよ
い。
導体チップを、前記半導体チップの電極端子に対応する
位置に第1の接続端子が形成され、前記第1の接続端子
よりも前記半導体チップから離れた位置に前記第1の接
続端子と導電配線により接続された第2の接続端子を有
するスケールトランスファー基板に、前記半導体チップ
の電極端子と前記トランスファー基板の第1の接続端子
を接続させて搭載する工程と、前記スケールトランスフ
ァー基板を、前記半導体チップが嵌入可能な凹部を有
し、該凹部近傍にインナーリード端子が形成され、前記
インナーリード端子よりも前記凹部から離れた位置に前
記インナーリード端子と導電配線により接続されたアウ
ターリード端子を有するパッケージ基板に、前記半導体
チップが前記凹部に嵌入させるともに前記第2の接続端
子を前記のインナーリード端子に接続させて保持させ工
程とを有することを特徴とするものである。
は、前記半導体チップを、前記スケールトランスファー
基板に対してフェースダウン接続することが好ましい。
チの狭い半導体チップとスケールトランスファー基板の
第1の接続端子との接続を行う工程を設けているので、
この工程により、半導体チップの電極端子の接続をスケ
ールトランスファー基板の接続端子を通じて、パッケー
ジ基板のインナーリード端子に精度よく接続することが
できる。
体装置の一実施形態を示し、図1はその模式的断面図で
ある。図1において、パッケージ基板1には開口部20
がその中央部に形成されており、この開口部20には半
導体チップ5が配置されている。そして半導体チップ5
とパッケージ基板1とに近接してスケールトランスファ
ー基板3が配置されている。
ケールトランスファー基板3の中央領域にバンプ6と同
じピッチで配置された第1の接続端子13に接続されて
いる。スケールトランスファー基板3上の第1の接続端
子13は、導電配線によって同じスケールトランスファ
ー基板3上の外周領域に設けられた第2の接続端子12
に接続されている。そして第2の接続端子12の配列ピ
ッチはパッケージ基板1のインナーリード11のピッチ
に合わせて配置されており、従って第1の接続端子13
のピッチに比べると大きい。
端子12は、パッケージ基板1の開口部20のインナーリ
ード11に接続され、さらにパッケージ基板1上の導電
配線を経由して、パッケージ基板1のアウターリードに
設けた接続端子、例えばはんだボール10に接続され、
マザーボードに接続できるようになっている。ここで多
数の端子を配列するためには、接続端子を2次元的に配
列したボールグリッドアレイ(BGA)を用いることができ
る。
って、例えば熱伝導および電気伝導の良好な銅板が好ま
しく用いられ、またアルミ板を用いることができる。金
属薄板7は接地電位または電源電位に保つことができ
る。この金属薄板は半導体チップを電気的および機械的
保護に用いるとともに、半導体チップの発熱に対して放
熱板として機能させることかできる。なお、高集積度を
有する半導体チップを搭載するパッケージにおいては、
放熱は特に重要である。ここで金属薄板7とパッケージ
基板1の接続は、必要に応じ接着剤8を用いることがで
き、また半導体チップ5と金属薄板7との接続について
も接着剤8および接着剤9を用いることができる。半導
体チップ5と金属薄板7との熱伝導をよくするために、
接着剤9として熱伝導のよい接着剤、例えば銀ペースト
接着剤を用いることができる。
ことにより、半導体装置の封止をすることができる。
な樹脂基板として、ポリイミド樹脂が好ましく用いら
れ、ほかにポリアミドイミドなどの樹脂も好ましく用い
ることができる。またセラミック基板などを用いること
もできる。また導電配線1および2には、銅あるいは銅
合金が好ましく用いられ、接続端子は銅または銅合金に
錫めっきを施したものが好ましく用いられ、アルミまた
はアルミ合金を用いることもできる。
シリコン基板を用いれば、半導体チップ5と熱膨張係数
をほぼ等しくすることができるので好ましい。またシリ
コン基板の代わりに、石英や石英ガラスの基板を用いる
こともできる。また窒化アルミニウムの表面に絶縁層を
設けた基板や、熱膨張係数を半導体チップとほぼ等しく
した低熱膨張係数金属の表面に絶縁層を設けた基板を用
いいてもよい。
ケールトランスファー基板3上の第1の接続端子13と
の接合は、端子同士を位置合わせして向かい合わせた
後、温度をおよそ350 〜500 ℃、荷重をl接続端子当た
りおよそ10〜30g にして行うことが好ましい。また基板
1のインナーリード11の端子とスケールトランスファ
ー基板3上の第2の接続端子12との接続は、端子同士
を位置合わせをして向かい合わせた後に、加熱し加圧し
て接合することによって行う。加熱温度は250 〜300 ℃
程度、加圧はl接続端子当たり20〜50g 程度が好まし
い。
ンスファー基板3上の導電配線を模式的に示した図であ
る。半導体チップ5と接続する第1の接続端子13はス
ケールトランスファー基板3の中央領域に配置され、パ
ッケージ基板1のインナーリード11と接続する第2の
接続端子12はスケールトランスファー基板3の周辺領
域に配置されている。
板3の第1の接続端子13は、半導体チップ5の電極端
子のバンプ配列に従って配列されたものである。そのピ
ッチの一例を述べると、半導体チップ5の外形が5.5 〜
6mm であって、接続端子数が800 個のもので約25μm で
ある。他方でパッケージ基板1の接続端子11と接合さ
れるスケールトランスファー基板の接続端子12のピッ
チは、パッケージ基板1の接続端子配列に従って配列さ
たものであって、例えば70μm 程度である。この場合
に、半導体チップ5とスケールトランスファー基板3と
の熱膨張係数が等しく、熱膨張差による位置ずれは回避
されるので、例えばスケールトランスファー基板3の大
きさを15mm程度に選び、第1の接続端子13の各々の端
子の幅を10μm 程度にして、第1の接続端子部分の変形
による位置ずれを 3μm 以内にし、さらに位置合わせ装
置の精度を高めることによって、半導体チップの電極端
子6のバンプと第1の接続端子13との接続は、精度に
余裕をもって行うことができる。
態を示す模式的断面図、そして図4はこの半導体装置の
スケールトランスファー基板3の平面図である。なお、
図面の符号は各図面に共通に用いることによって、同様
な符号の説明が重複するのを避けることにする。
続端子13は半導体チップ5の電極端子6の配置に従っ
て配置される。従って半導体チップ5の多数の電極端子
6のピッチが狭くなるのを緩和するために、電極端子6
の配列を直線的に一列に並べるのでなく、例えばジグザ
グに並べた場合には、これに合わせてスケールトランス
ファー基板3の第1の接続端子13の配列を図4に示す
ように配置することができる。
らに他の一実施形態であって、パッケージ基板1の厚さ
よりも半導体チップ5の厚さが厚い場合の例を示すもの
である。図5は半導体チップ5を樹脂封止したもの、そ
して図6はこれにカバープレート16を設けたもので、
カバープレート16は図1の金属薄板8と同様に、接地
電位または電源電位に保って、半導体チップ5を電気的
および機械的に保護するとともに、半導体チップ5の発
生する熱を放熱する放熱板の役割を果たすことができる
ものである。
実施形態であって、マザーボードに接続する接続端子
を、はんだボールではなく錐体状の端子19にして、接
続性を改善したものである。
形態の半導体装置を示す模式的断面図である。図8およ
び図9において、半導体チップ5の電極バンプ6は、ス
ケールトランスファー基板3上の中央領域にて、第1の
接続端子13に接続され、スケールトランスファー基板
3上の導電配線および周辺領域に配置された第2の接続
端子12を経て、ワイヤボンディング14によってパッ
ケージ基板1のインナーリード11に接続され、さらに
スルーホール15を通じてはんだボールに接続されてい
る。
図9はカバープレート16を設けたものであって、金属
薄板が好ましく用いられる。カバープレート15は半導
体チップを機械的あるいは電気的に保護すると同時に、
半導体チップ5の発熱に対し、放熱板として機能させる
ことかできる。
ジ基板1、および半導体チップ5とカバープレートの間
には、それそぞれ接着剤21および22を用いることが
できる。これらの接着剤としては熱伝導性の高い接着
剤、例えば銀ペースト接着剤を好ましく用いることがで
きる。
半導体装置を示す模式的断面図である。図10におい
て、半導体チップ5の電極バンプ6は、スケールトラン
スファー基板3上の中央領域にて、第1の接続端子13に
接続され、スケールトランスファー基板3上の導電配線
および周辺領域に配置された第2の接続端子12を経
て、スルーホール18によってパッケージ基板1のイン
ナーリード11に接続され、さらにスルーホール15を
通じてはんだボールに接続されている。
ジング工程の一例を示すブロックダイアグラムである。
図11に従って本発明のパッケージング工程を説明す
る。
ケージ基板の基材(100) である樹脂フィルムに開口部を
形成する(101) 。次に樹脂フィルムの一方の面に導電体
層(例えば金属銅の層)を形成する(102) 。次いで導電
体層に対するフォトリソグラフィにより、インナーリー
ドおよびアウターリードを形成する(103) 。次に樹脂フ
ィルムのインナーリードおよびアウターリードを形成し
た面と反対側の面に金属薄板(例えば銅板)を張りつけ
て(104) 、開口部にインナーリードを有するパッケージ
基板を形成する。
ーハ(例えばシリコン)(200) をスライス加工して厚さ
の薄いスケールトランスファー基板を製作する(201) 。
次いでこのスケールトランスファー基板に導電膜形成お
よびフォトリソグラフィにより導電配線と第1および第
2の接続端子形成を行う(202) 。このスケールトランス
ファー基板の第1の接続端子に半導体チップ(300) の電
極パッドを位置合わせして端子接続する(203) 。このス
ケールトランスファー基板の接続端子と半導体チップの
電極端子を接続する工程を設けたことにより、端子数が
多く、そのピッチが狭い端子接続を歩留まりよく行うこ
とができる。
る。即ち、先に製作したパッケージ基板の開口部のイン
ナーリードに、半導体チップを端子接続したスケールト
ランスファー基板の第2接続端子を位置合わせして接続
(401) し、さらに封止(402)を行うことによって、パッ
ケージングされた半導体装置(500) が得られる。
が高くなり、接続端子の数が多く、そのピッチが狭くな
っても、半導体チップとパッケージの端子接続を行う際
に、半導体チップと熱膨張率のほぼ等しいスケールトラ
ンスファー基板を用いることにより、端子接続における
位置ずれを回避することができる。
て標準化を行っておき、半導体チップのサイズや接続端
子ピッチの相違するものに対しては、スケールトランス
ファー基板の方を変えることにより対処することができ
る。こうすることにより、従来のようにパッケージ基板
を変更する場合に比べて、より低コスト且つ迅速な対応
が可能となる。
的断面図である。
ケールトランスファー基板の配線を模式的に示す平面図
である。
模式的断面図である。
るスケールトランスファー基板の配線を模式的に示す平
面図である。
を示す模式的断面図である。
を示す模式的断面図である。
を示す模式的断面図である。
を示す模式的断面図である。
を示す模式的断面図である。
態を示す模式的断面図である。
の一例を示すブロックダイアグラムである。
式的断面図である。
‥スケールトランスファー基板、 4‥‥導電配線、
5‥‥半導体チップ、 6‥‥電極端子(バン
プ)、 7‥‥金属薄板、 8‥‥接着剤、 9
‥‥接着剤、10‥‥接続端子(はんだポール)、
11‥‥インナーリード、 12‥‥第2の接続端
子、 13‥‥第1の接続端子、 14‥‥ボンデ
ィングワイヤ、 15‥‥スルーホール、 16‥
‥カバープレート、 17‥‥封止樹脂、 18‥
‥スルーホール、 19‥‥錐体状接続端子、 2
0‥‥開口部、 21‥‥接着剤、 22‥‥接着
剤。
Claims (8)
- 【請求項1】 半導体チップと、 前記半導体チップを搭載し熱膨張係数が前記半導体チッ
プとほぼ等しいスケールトランスファー基板と、 前記スケールトランスファー基板を保持するパッケージ
基板とからなり、 前記スケールトランスファー基板は、前記半導体チップ
に近接して形成された第1の接続端子と前記第1の接続
端子よりも前記半導体チップから離れた位置に形成され
た第2の接続端子とを備えた導電配線を有し、前記第1
の接続端子が半導体チップの電極端子に接続され、前記
第2の接続端子が前記パッケージ基板のインナーリード
端子に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記パッケージ基板は開口部を有し、前
記半導体チップが前記開口部内に配置されていることを
特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記スケールトランスファー基板は熱膨
張係数が 2〜4 ppm/℃であることを特徴とする請求項1
または2記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記スケールトランスファー基板は湿度
膨張係数が前記半導体チップの湿度膨張係数とほぼ等し
いことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記
載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記スケールトランスファー基板がシリ
コン基板、酸化けい素基板、酸化けい素被膜を有する基
板及び窒化アルミ基板から選ばれた基板からなることを
特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載の半導
体装置。 - 【請求項6】 前記スケールトランスファー基板は、厚
さが30μm 以上、150 μm 以下であることを特徴とする
請求項1ないし5のいずれか1項記載の半導体装置。 - 【請求項7】 半導体チップを、前記半導体チップの電
極端子に対応する位置に第1の接続端子が形成され、前
記第1の接続端子よりも前記半導体チップから離れた位
置に前記第1の接続端子と導電配線により接続された第
2の接続端子を有するスケールトランスファー基板に、
前記半導体チップの電極端子と前記トランスファー基板
の第1の接続端子を接続させて搭載する工程と、 前記スケールトランスファー基板を、前記半導体チップ
が嵌入可能な凹部を有し、該凹部近傍にインナーリード
端子が形成され、前記インナーリード端子よりも前記凹
部から離れた位置に前記インナーリード端子と導電配線
により接続されたアウターリード端子を有するパッケー
ジ基板に、前記半導体チップが前記凹部に嵌入させると
もに前記第2の接続端子を前記のインナーリード端子に
接続させて保持させ工程とを有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記半導体チップを、前記スケールトラ
ンスファー基板に対してフェースダウン接続することを
特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
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1999
- 1999-06-28 JP JP18236899A patent/JP4130277B2/ja not_active Expired - Fee Related
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