JP2001358252A

JP2001358252A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2001358252A
Application number: JP2000178201A
Authority: JP
Inventors: Takanori Jin; 隆則神
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2001-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ＢＧＡ型半導体装置において、ボール電極を
搭載する有機系基板のスティフナーへの接着信頼性を向
上し、更に有機系基板に含まれる水分の熱による気化に
対しても影響を受けにくい構造として、ボール電極の搭
載面の平坦性を確保する。【解決手段】半導体集積回路素子３と、半導体集積回
路素子３を保持するスティフナー２と、半導体集積回路
素子３と電気的に接続される金属配線層７と、金属配線
層７を外部接続するための電極金属ボール５と、金属配
線層７を形成される電極金属ボール５の搭載面とスティ
フナー２を接着する接着面とを有する有機系基板４を備
えるＢＧＡ構造において、有機系基板４の接着面にパタ
ーン化されたバンプを形成する有機系材料１０を配置す
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、半導体装置に係
り、特に、ＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏ
ｎｄｉｎｇ）テープもしくはその他の有機系の配線基板
を用いたＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）構
造の半導体装置の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６は従来の半導体装置の断面図（図
１７の１６−１６線断面図）、図１７は同上面図、図１
８は同下面図であり、特に、ＴＡＢテープを用いたＢＧ
Ａ構造を例示するものである。

【０００３】各図において示すように、半導体集積回路
素子３を実装するための有機系基板４には、接着材１を
介して、銅板にニッケルメッキを施したスティフナー
（補強板）２が接着される。このスティフナー２として
は、上記金属のほか、耐熱性樹脂が用いられる。

【０００４】ちなみに、接着材１としては、有機系の熱
硬化、熱可塑系の、シート状接着材ないしは液状接着材
が用いられる。

【０００５】半導体集積回路素子３は、接着材１からス
ティフナー２を介して有機系基板４に保持されている。

【０００６】一方、有機系基板４上の金属配線層７と半
導体集積回路素子３の間の配線は、有機系基板４に設け
られた開口部を通じて配される。なお、半導体集積回路
素子３を納める空間は、有機系基板４の開口部側から封
止樹脂６により封じられており、半導体集積回路素子３
の保護がなされている。

【０００７】金属配線層７の上には、この半導体装置が
搭載される基板との間の電気的導通を取るための電極金
属ボール５がマトリックス状に配置されるが、この電極
金属ボール５を搭載するために電極金属ボール搭載部８
が形成される。

【０００８】なお、金属配線層７の上の、電極金属ボー
ル５が載っていない部分は、レジスト９により覆われ
る。

【０００９】なお、図中、Ｖはボイドを示し、特に図１
６に示すように、ボイドＶによって有機系基板４が図中
下方へ撓み、ここの部分の電極ボール５が下方へ下って
いるのがわかる。

【００１０】さて、上に述べたような構成において、半
導体装置が搭載される図示しない基板との間で、良好な
電気的導通を得るためには、電極金属ボール５が平坦に
配置される必要があるが、そのためには、電極金属ボー
ル５の搭載面を構成する有機系基板４の平坦性の確保が
重要である。

【００１１】そして、有機系基板４の平坦性の確保に
は、スティフナー２と有機系基板４を接着材１により接
着するに当たり、均一かつ平坦に接着する必要がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の半導体装置は、電極金属ボール５の搭載面の平坦性
を、有機系基板４をスティフナー２に接着する際の平坦
性と均一性に依存していたので、接着材１による接着不
良が起こると、有機系基板４の平坦性を損ね易いという
問題点がある。

【００１３】つまり、有機系基板４をスティフナー２に
接着する面が平坦であればそれだけ、ボイドが混入し易
くなり、これが原因となって有機系基板４の平坦性が崩
れてしまう。即ち、上述のように、図１６からわかるよ
うに、ボイドＢにより電極金属ボール５が下方へとび出
してしまう。

【００１４】また、有機系基板４の材料は、それ自体が
吸水し易いが、これが悪影響する場合も少なくない。つ
まり、ＢＧＡ型の半導体装置は、ボール搭載時および半
導体装置の基板への接合実装時に、２００℃以上の高温
環境に数分間置かれることになる。この時、有機系基板
４に吸水蓄積された水分は、急激に気化する。この水分
は、接着材１による接着層と有機系基板４の界面に入り
込み易く、逃げ場を失った水分が、この界面に集中する
と、剥離の原因となり、結果として、有機系基板４の平
坦性を損なってしまうという問題点がある。

【００１５】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解消し、ＢＧＡ型半導体装置においてボール電極の搭
載面の平坦性を確保することを可能にした半導体装置を
提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半導体集積回路素子を基板で支持し、こ
の基板の一面に配設した複数の導電性ボールを端子とし
て搭載するようにしたＢＧＡ構造を有する、半導体装置
において、前記基板の他面に、ボイドを吸収する複数の
隙間が形成されるように、パターン化されて配設された
複数のバンプと、これらのバンプに対して、前記隙間を
存在させつつ層状の接着剤によって接着された、前記基
板における前記導電性ボールの搭載面の平坦化を保つた
めの補強板と、を備える半導体装置を提供するものであ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。

【００１８】実施形１．図１は本発明の実施形１の半導
体装置の断面図、図２は図１の構造に適用される有機系
基板の上面図、図３は図２の基板の断面図である。

【００１９】各図において示すように、有機系基板４の
銅板にニッケルメッキを施したスティフナー（補強板）
２への接着面には、有機系材料１０がバンプ状にかつマ
トリックス状に形成配置される。そして、有機系基板４
は、この有機系材料１０を介して、接着材１によりステ
ィフナー２に接着される。つまり、有機系材料１０間に
後述のように、ボイドを吸収する、複数の隙間を形成す
る。なお、この有機系材料１０の平面形状を図示の例で
は矩形としているが、丸やその他の多角形でもよく、要
は、上記隙間が形成されればよい。

【００２０】ちなみに、有機系材料１０は、有機系基板
４の電極金属ボール５の搭載面の平坦性を確保するため
に、電極金属ボール５搭載部上面に配置される。

【００２１】なお、有機系材料１０は、有機系基板４と
同じ材料または別種の材料で構成されており、印刷また
は圧着などの方法で、有機系基板４に供給され、その
後、圧着、熱圧着などにより半導体装置に搭載される。
なお、有機系材料１０の材料が、熱硬化系であれば、圧
着後に熱硬化を行うことで搭載は完了する。

【００２２】図４は、有機系基板４に対して、有機系材
料１０を供給する方法を例示する断面図である。ベース
となる有機系基板４と同種もしくは別種の有機系材料１
０は、印刷マスク１１を介して、移動するスキージ１２
により有機系基板４の表面に供給される。有機系基板４
の全面に渡って有機系材料１０の供給が終わった後に、
印刷マスク１１を取り除くことにより、有機系基板４の
上面には、図２に示すようにマトリックス状の有機系材
料１０が形成される。

【００２３】一方、図５から図７は、有機系材料１０を
有機系基板４の表面に圧着する方法を、順を追って示す
断面図である。

【００２４】各図において、上金型１３と下金型１４
は、有機系材料１０を打ち抜きし、有機系基板４の上に
貼り付けするための工具である。

【００２５】さて、図５に示すように、下金型１４を有
機系基板４の上に載せ、その上に、少なくとも液状では
ない、望ましくは、シート状の有機系材料１０の基を載
せる。この時、上金型１３は、下金型１４の上に有機系
材料１０の基を供給するに十分な空隙を確保できる位置
に保持される。

【００２６】続いて、図６に示すように、上金型１３
を、下金型１４に向かって下降させ、有機系材料１０を
マトリックス状のパターンに切断し、これを有機系基板
４に向かって移動させる。

【００２７】最後に、図７に示すように、マトリックス
状に切り抜かれた有機系材料１０は、有機系基板４上に
到達し、有機系基板４上に圧着される。

【００２８】しかる後に、上金型１３、下金型１４を取
り除けば、有機系基板４の表面には、マトリックス状に
パターン化された有機系材料１０が圧着されて残る。

【００２９】また、上述した方法のほか、有機系基板４
を、この基板４と有機系材料１０を足した厚さとし、ダ
イシングにより、図１，図２に示すような有機系基板４
上に有機系材料１０が載った形とすることもできる。

【００３０】さて、以上のように、マトリックス状にパ
ターン化され、有機系基板４の上に形成された有機系材
料１０により、有機系基板４のスティフナー２に接着す
る面は、平坦ではなくなる。つまり、有機系基板４を、
接着材１により、スティフナー２に接着するに当たっ
て、有機系材料１０のパターン（隙間）により、ボイド
の混入が防止でき、またボイドが混入しても有機系材料
１０のパターン（隙間）により吸収されてしまうので、
ボイドに起因する有機系基板４の平坦性の崩れを防止で
きる。

【００３１】また、電極金属ボール５の搭載時や半導体
装置の基板への接合実装時の高温環境下において、有機
系基板４に吸水蓄積された水分が急激に気化しても、こ
の水分は、有機系材料１０のパターンにより吸収される
ので、気化した水分による有機系基板４とスティフナー
２の剥離が防止でき、有機系基板４の平坦性を保持する
ことが可能となる。

【００３２】なお、本実施形１では有機系材料１０のバ
ンプパターンをマトリックス状に配置する場合を例示し
たが、必ずしもマトリックス状である必要はなく、有機
系基板４にできるボイドを吸収してその平坦性を確保で
きるように前述の隙間が形成されればどのような形状で
あっても良い。

【００３３】例えば、必ずしもマトリックス状には配置
されないであろう電極金属ボール５に対応してバンプ形
成するような形状でも、電極金属ボール５の配列よりも
更に微細でかつ任意の形状であっても良い。

【００３４】実施形２．図８は本発明の実施形２の半導
体装置の断面図、図９は図８の構造に適用される有機系
基板の上面図、図１０は図９の基板の断面図である。

【００３５】各図において示すように、有機系基板４の
スティフナー２への接着面には、金属バンプ１５がバン
プ状にかつマトリックス状に形成配置される。そして、
有機系基板４は、この金属バンプ１５を介して、接着材
１によりスティフナー２に接着される。

【００３６】ちなみに、金属バンプ１５は、有機系基板
４の電極金属ボール５の搭載面の平坦性を確保するため
に、電極金属ボール５搭載部上面に対応して配置され
る。

【００３７】なお、金属バンプ１５は、金属配線層７と
同種または別種の金属を、有機系基板４の上にエッチン
グなどの方法でバンプ形成され、その後、圧着、熱圧着
などの方法で、半導体装置に搭載される。

【００３８】なお、有機系材料１０の材料が、熱硬化系
であれば、圧着後に熱硬化を行うことで搭載は完了す
る。

【００３９】図１１から図１２は、有機系基板４の表面
に金属バンプ１５をエッチングする方法を、順を追って
示す断面図である。

【００４０】まず、図１１に示すように、有機系基板４
の、スティフナー２の接着面に、一様に金属バンプ１５
の基になる金属層を配置し、その上に、露光樹脂１６を
塗布する。更に、その上に、所望のマトリックス状のパ
ターンを有する露光マスク１７を載せ、全体に露光す
る。

【００４１】続いて、露光マスク１７を取り除き、露光
樹脂１６を現像する。その結果、露光樹脂１６が露光マ
スク１７のパターンに合わせてパターンニングされるの
で、今度は、この露光マスク１７をマスクとして、エッ
チング液により金属層をパターンに合わせて剥離する。
しかる後に、露光樹脂１６を除去することにより、図１
２に示すように、パターン化した金属バンプ１５が形成
される。

【００４２】さて、以上のように、マトリックス状にパ
ターン化され、有機系基板４の上に形成された金属バン
プ１５により、有機系基板４のスティフナー２に接着す
る面は、平坦ではなくなる。つまり、有機系基板４を、
接着材１により、スティフナー２に接着するに当たっ
て、金属バンプ１５のパターンにより、ボイドの混入が
防止でき、またボイドが混入しても有機系材料１０のパ
ターンにより吸収されてしまうので、ボイドに起因する
有機系基板４の平坦性の崩れを防止できる。

【００４３】また、電極金属ボール５の搭載時や半導体
装置の基板への接合実装時の高温環境下において、有機
系基板４に吸水蓄積された水分が急激に気化しても、こ
の水分は、金属バンプ１５のパターンにより吸収される
ので、気化した水分による有機系基板４とスティフナー
２の剥離が防止でき、有機系基板４の平坦性を保持する
ことが可能となる。

【００４４】なお、本実施形２では金属バンプ１５のバ
ンプパターンを、電極金属ボール５の配置に合わせてマ
トリックス状にする場合を例示したが、必ずしもマトリ
ックス状である必要はなく、有機系基板４の平坦性を確
保できればどのような形状であっても良い。

【００４５】例えば、必ずしもマトリックス状には配置
されないであろう電極金属ボール５に対応してバンプ形
成するような形状でも、電極金属ボール５の配列よりも
更に微細でかつ任意の形状であっても良い。

【００４６】実施形３．図１３は本発明の実施形３の半
導体装置の断面図、図１４は図１３の構造に適用される
有機系基板の上面図、図１５は図１４の基板の断面図で
ある。

【００４７】各図において示すように、有機系基板４の
スティフナー２への接着面には、金属層１９が配置さ
れ、その上に、レジストなどで形成される絶縁樹脂バン
プ１８がバンプ状にかつマトリックス状に形成配置され
る。そして、有機系基板４は、この金属層１９および絶
縁樹脂バンプ１８を介して、接着材１によりスティフナ
ー２に接着される。

【００４８】ちなみに、絶縁樹脂バンプ１８は、有機系
基板４の電極金属ボール５の搭載面の平坦性を確保する
ために、電極金属ボール５の搭載部上面に配置される。

【００４９】なお、金属層１９は、金属配線層７と同
種、または別種の金属を、有機系基板４の上に形成さ
れ、その後、圧着や熱圧着などの方法で、半導体装置に
搭載される。

【００５０】なお、絶縁樹脂バンプ１８の形成は、印刷
法、写真植刻法、圧着法など、さまざまな方法により実
施可能である。そして、最終的には、圧着や熱圧着など
の方法で、半導体装置に搭載される。

【００５１】さて、以上のように、マトリックス状にパ
ターン化され、有機系基板４の上に形成された絶縁樹脂
バンプ１８により、有機系基板４のスティフナー２に接
着する面は、平坦ではなくなる。つまり、有機系基板４
を、接着材１により、スティフナー２に接着するに当た
って、絶縁樹脂バンプ１８のパターンにより、ボイドの
混入が防止でき、またボイドが混入しても絶縁樹脂バン
プ１８のパターンにより吸収されてしまうので、ボイド
に起因する有機系基板４の平坦性の崩れを防止できる。

【００５２】

【発明の効果】本発明の半導体装置は、有機系基板に、
金属ないし耐熱性樹脂のスティフナーを貼りつけること
により、有機系基板の平坦性を得るＢＧＡの構造におい
て、有機系基板のスティフナーへの接着面に、例えばマ
トリックス状にパターン化されたバンプ構造の層を形成
して複数の隙間を設けるように構成したので、有機系基
板のスティフナーへの貼りつけに当たり、貼りつけ面積
が低減でき、ボイドが発生してもそれを隙間で吸収して
悪影響を防止でき、結果として、有機系基板とスティフ
ナーの間の接着不良を防止でき、有機系基板の平坦性を
確保できる効果がある。また、水分を含み易い有機系基
板が、高熱にさらされた場合でも、気化した水分が、バ
ンプパターンにより拡散するので、有機系基板とスティ
フナーの間の接着層の剥離を引き起こさず、高い信頼性
を保持できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形１の半導体装置の断面図であ
る。

【図２】図１の構造に適用される有機系基板の上面図で
ある。

【図３】図２の基板の断面図である。

【図４】実施形１において、有機系基板４に対して、有
機系材料１０を供給する方法を例示する断面図である。

【図５】実施形１において、有機系材料１０を有機系基
板４の表面に圧着する方法の第１のステップを示す断面
図である。

【図６】実施形１において、有機系材料１０を有機系基
板４の表面に圧着する方法の第２のステップを示す断面
図である。

【図７】実施形１において、有機系材料１０を有機系基
板４の表面に圧着する方法の第３のステップを示す断面
図である。

【図８】本発明の実施形２の半導体装置の断面図であ
る。

【図９】図８の構造に適用される有機系基板の上面図で
ある。

【図１０】図９の基板の断面図である。

【図１１】実施形２において、有機系基板４の表面に金
属バンプ１５をエッチングする方法の第１のステップを
示す断面図である。

【図１２】実施形２において、有機系基板４の表面に金
属バンプ１５をエッチングする方法の第２のステップを
示す断面図である。

【図１３】本発明の実施形３の半導体装置の断面図であ
る。

【図１４】図１３の構造に適用される有機系基板の上面
図である。

【図１５】図１４の基板の断面図である。

【図１６】従来の半導体装置の断面図である。

【図１７】従来の半導体装置の上面図である。

【図１８】従来の半導体装置の下面図である。

【符号の説明】

１接着材２スティフナー３半導体集積回路素子４有機系基板５電極金属ボール６封止樹脂７金属配線層８電極金属ボール搭載部９レジスト１０有機系材料１１印刷マスク１２スキージ１３上金型１４下金型１５金属バンプ１６露光樹脂１７露光マスク１８絶縁樹脂バンプ１９金属層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体集積回路素子を基板で支持し、この
基板の一面に配設した複数の導電性ボールを端子として
搭載するようにしたＢＧＡ構造を有する、半導体装置に
おいて、前記基板の他面に、ボイドを吸収する複数の隙間が形成
されるように、パターン化されて配設された複数のバン
プと、これらのバンプに対して、前記隙間を存在させつ
つ層状の接着剤によって接着された、前記基板における
前記導電性ボールの搭載面の平坦化を保つための補強板
と、を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記バンプ層はほぼマトリクス状に配設さ
れており、これによりそれらのバンプ間に形成される前
記隙間もほぼマトリクス状に配置されることを特徴とす
る、請求項１の半導体装置。
【請求項３】前記バンプは、前記基板における、前記導
電性ボールが搭載された前記一面の反対側の前記他面に
必然的に備えられている、請求項１又は２に記載の半導
体装置。
【請求項４】前記バンプの平面形状は丸又は任意の多角
形に設定されることを特徴とする請求項１乃至３の１つ
に記載の半導体装置。