JP2003100948A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
向上することができる半導体装置及びその製造方法を提
供する。 【解決手段】絶縁基板104の主面に半導体チップ10
2を実装し、絶縁基板104の裏側から、熱硬化性エポ
キシ樹脂を含有させた導電性ペーストをビアホール11
6に供給する。次いで、絶縁基板104の導電性ペース
ト上にはんだボール118を移載し、リフローを行うこ
とにより、はんだボール118を絶縁基板104に接着
する。このリフローの際、熱硬化性エポキシ樹脂がはん
だボール118の周囲において樹脂部120を形成す
る。
Description
の製造方法に関する。
能化に伴い、半導体パッケージの小型化が急速に進んで
いる。このような小型化を達成するため、半導体パッケ
ージの底面に外部接続端子としてのはんだボールを取り
付けた、いわゆるBGA(Ball Grid Array)パッケー
ジが開発されている。このようなBGAパッケージで
は、絶縁基板の主面に半導体チップを実装し、裏面には
んだボールを取り付けるようになっている。絶縁基板の
主面には、半導体チップにワイヤ等を介して電気的に接
続される導体パターンが形成されており、はんだボール
は、絶縁基板のビアホールを介してその導体パターンに
接合される。
ケージにおける電気的な接続の信頼性(以下、接続信頼
性とする。)を向上するためには、はんだボールと導体
パターンとの接合をより強固にする必要がある。そこ
で、半導体パッケージをマザーボード(プリント配線板
等)に取り付けたのち、半導体パッケージとマザーボー
ドとの間に、アンダーフィルと呼ばれる樹脂を供給する
ことが考えられている。しかしながら、このような後工
程でアンダーフィルを供給する方法では、製造工程が複
雑になる上、はんだボールが密に配設されるほどアンダ
ーフィルの供給が難しくなるという問題もある。
ドに実装するフリップチップと呼ばれる構造も提案され
ている。このようなフリップチップ構造では、半導体チ
ップの表面に形成された電極パッド上に、外部接続端子
としてのはんだバンプが形成される。このような半導体
チップにおいても、接続信頼性を向上するためには、は
んだバンプと電極パッドとの接合をより強固にする必要
がある。そのため、製造工程を複雑にすることなく、接
続信頼性を向上する技術の開発が強く望まれている。
となく、接続信頼性を向上することができる半導体装置
及びその製造方法を提供することを目的とする。
め、本発明の半導体装置は、複数の貫通孔と、主面側に
おいて上記貫通孔に接する複数の導体パターンとを有す
る絶縁性基板と、上記絶縁性基板の主面側に載置される
半導体チップと、上記半導体チップの電極パッドと上記
導体パターンとを電気的に接続する接続部材と、上記絶
縁性基板の裏面側の上記貫通孔に対応する位置に形成さ
れ、上記導体パターンに電気的に接続される複数の外部
接続端子と、上記外部接続端子の周囲部に形成され、熱
硬化性エポキシ樹脂で構成される樹脂部と、を有する。
回路及び電極パッドが形成された半導体チップと、上記
半導体チップの主面側に形成された絶縁性樹脂層と、上
記電極パッドに電気的に接続されており、上記絶縁性樹
脂層に形成された外部接続端子と、上記外部接続端子の
周囲部に形成され、熱硬化性エポキシ樹脂で構成される
樹脂部と、を有する。
続端子が配置されるための複数の貫通孔と、主面側にお
いて上記貫通孔に接する複数の導体パターンとを有する
絶縁性基板を用意する工程と、上記絶縁性基板の主面側
に半導体チップを載置し、上記半導体チップの電極パッ
ドと上記導体パターンとを電気的に接続する工程と、上
記貫通孔に熱硬化性エポキシ樹脂を含有する導電性ペー
ストを供給する工程と、上記導電性ペーストに含まれる
熱硬化性エポキシ樹脂によって外部接続端子の周囲部に
樹脂部を形成するための加熱工程と、を有する。
硬化性エポキシ樹脂を含有する導電性ペーストを用い、
熱処理によって熱硬化性エポキシ樹脂が外部接続端子の
周囲部に樹脂部を形成するようにすれば、外部接続端子
を絶縁性基板に確実に接続することができ、半導体装置
における接続信頼性を向上させることができる。加え
て、後工程におけるアンダーフィルの供給工程を省略で
きるため、製造工程も簡単になる。
ト上に上記外部接続端子としての導電性ボールを移載す
る工程を更に有し、上記導電性ボールの周囲に上記樹脂
部が形成されることが好ましい。
面上に電気回路及び電極パッドが形成された半導体チッ
プを用意する工程と、上記半導体チップの主面上に絶縁
性樹脂層を形成する工程と、上記電極パッドに電気的に
接続され、熱硬化性エポキシ樹脂を含有する導電性ペー
ストを上記絶縁性樹脂層に供給する工程と、上記導電性
ペーストに含まれる熱硬化性エポキシ樹脂によって外部
接続端子の周囲部に樹脂部を形成するための加熱工程
と、を有する。
熱硬化性エポキシ樹脂の含有量が10重量%以上15重
量%以下であることが好ましい。
て本発明を詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実
施の形態に係る半導体パッケージ100の構造を示す断
面図である。この半導体パッケージ100は、いわゆる
BGAパッケージであり、Si(シリコン)基板の表面
に集積回路を形成してなる半導体チップ102と、この
半導体チップ102を実装する絶縁基板104と、これ
らを封止する封止材106とを備えている。半導体チッ
プ102の表面には、その集積回路から引き出された電
極パッド108が形成されている。半導体チップ102
は、絶縁基板104の主面(図中上面)に、接着剤とし
てのダイペースト112を介して接着されている。絶縁
基板104の主面には、Cu等よりなる導体パターン1
10が形成されており、導体ワイヤ114により電極パ
ッド108と接続されている。
に対応する位置に、貫通孔であるビアホール116を有
している。絶縁基板104の裏面においてビアホール1
16に対応する位置には、外部接続端子としてのはんだ
ボール118が取り付けられる。はんだボール118
は、ビアホール116内に充填されたはんだを介して、
導体パターン110に接合されている。
エポキシ樹脂よりなる樹脂部120が形成されている。
図2(A)及び(B)に断面図及び斜視図で示したよう
に、この樹脂部120は、はんだボール118の絶縁基
板104側の外周を囲むように形成されている。この樹
脂部120は、はんだボール118を絶縁基板104に
確実に固定し、これによりはんだボール118と導体パ
ターン110との接合を補強するためのものである。
ジ100の製造方法について説明する。まず、図3
(A)に示すように、ポリイミド又はセラミックス製の
絶縁基板104に、打ち抜き加工又はフォトリソグラフ
ィー技術により、ビアホール116を形成する。次い
で、絶縁基板104の全面に銅箔をラミネートしたの
ち、フォトリソグラフィー技術を用いてエッチングし、
図3(B)に示すような導体パターン110を形成す
る。続いて、図示しないディスペンサを用いて、絶縁基
板104上にエポキシ系樹脂からなるダイペースト11
2を滴下したのち、図3(C)に示すように、別の工程
で製造した半導体チップ102を上方から一定の圧力で
押し付け、ヒータ等により雰囲気温度を上げてダイペー
スト112を硬化させ、絶縁基板104上に半導体チッ
プ102を固定する。次に、図3(D)に示すように、
半導体チップ102の電極パッド108と導体パターン
110とを、導体ワイヤ114でボンディングする。ボ
ンディングが完了した後、図3(E)に示すように、モ
ールド樹脂よりなる封止材106で半導体チップ102
を封止する。
に、絶縁基板104のビアホール116内に、例えばス
クリーン印刷法を用いて、導電性ペースト400を充填
する。導電性ペースト400は、Sn(錫)とAg
(銀)とCu(銅)とからなる合金、又は、SnとPb
(鉛)とAgとからなる合金を含んでいる。導電性ペー
スト400は、更に、樹脂部120を形成するための熱
硬化性エポキシ樹脂と、流動性を与えるためのフラック
ス(ロジン、溶剤、活性剤等)とを含んでいる。この導
電性ペースト400中の熱硬化性エポキシ樹脂の好まし
い含有量は、10重量%〜15重量%である。又、この
導電性ペースト400の好ましい粘度は、173〜19
8Pa・sである。
0を充填したのち、図4(B)に示したように、ビアホ
ール116内の導電性ペースト400上にはんだボール
118を移載し、そののちパッケージ体をリフロー炉に
投入し、リフロー(はんだを軟化させるための加熱処
理)を行う。これにより、図4(C)に示したように、
導電性ペースト400に含まれた上記の合金成分は、は
んだボール118と一体化して導体パターン110と接
合される。一方、導電性ペースト400内に含まれた熱
硬化性エポキシ樹脂は、はんだボール118の周囲に流
動して樹脂部120を形成する。このようにして、絶縁
基板104の裏面にはんだボール118が取り付けら
れ、そのはんだボール118の周囲には樹脂部120が
形成される。以上の工程を経て、半導体パッケージ10
0が完成する。
をマザーボードであるプリント配線板500に実装する
工程を示す図である。半導体パッケージ100をプリン
ト配線板500に実装する際には、図5(A)に示すよ
うに、プリント配線板500の配線部502に、導電性
ペースト504(熱硬化性エポキシ樹脂を含まないもの
でも良い)を印刷する。続いて、図5(B)に示すよう
に、導電性ペースト504に半導体パッケージ100の
はんだボール118を接触させ、リフロー炉にてリフロ
ーを行う。このリフローの際、半導体パッケージ100
の樹脂部120の熱硬化性エポキシ樹脂の一部がプリン
ト配線板500側に広がり、はんだボール118のプリ
ント配線板500側に新たな樹脂部506を形成する。
この樹脂部506により、はんだボール118とプリン
ト配線板500の配線部502との接合を補強し、接続
信頼性を更に向上することができる。
半導体パッケージ100では、導電性ペースト400に
熱硬化性エポキシ樹脂を含ませ、はんだボール118の
周囲に樹脂部120が形成されるようにしたため、はん
だボール118と導体パターン110との接合を補強
し、接続信頼性を向上することが可能になる。
配線板500に実装した後のアンダーフィルの供給工程
を省略できるため、製造プロセスが簡単になる。一般
に、はんだボールが密に配設されるほど、後工程でのア
ンダーフィルの供給が困難になることが知られている
が、本実施の形態では、後工程でのアンダーフィル供給
が不要であるため、はんだボールの配設密度の大小に関
わらず高い接続信頼性が得られる。
14の代わりに導電性バンプを用いることもできる。こ
の場合、半導体チップ102の電極パッド108側を絶
縁基板104に向けて(いわゆるフェースダウンの姿勢
で)実装し、電極パッド108と導体パターン110と
を導電性バンプで接続するよう構成してもよい。この場
合、熱硬化性エポキシ樹脂を含有した導電性ペーストを
用いて導電性バンプを形成するようにすれば、接続信頼
性を更に向上することできる。
説明する。図6は、本実施の形態に係るウェハレベルC
SP(Chip Scale Package)と呼ばれる半導体パッケー
ジ600の基本構造を示す断面図である。半導体パッケ
ージ600は、Siよりなる半導体基板602を備えて
いる。この半導体基板602の表面には、図示しない集
積回路と、この集積回路から引き出された電極パッド6
04とが形成されている。又、この半導体基板602の
表面は、集積回路等を外部の衝撃から保護するための絶
縁膜606により覆われている。絶縁膜606の表面に
は、3層構造の配線608が形成されている。簡単のた
め、図では、配線608は1層構造として示している。
配線608は、絶縁膜606に形成された開口部を介し
て、上記の電極パッド604に接続されている。この配
線608の表面には、例えばCu(銅)よりなる接続バ
ンプ610が形成されている。半導体基板602の集積
回路、絶縁膜606、配線608及び接続バンプ610
は、封止材612によって封止されており、接続バンプ
610の表面のみを露出させている。封止材612の表
面には、はんだボール614が、接続バンプ610に接
するように装着されている。
エポキシ樹脂よりなる樹脂部616が形成されている。
この樹脂部616は、はんだボール614と接続バンプ
610との接合を補強するためのものである。
ジの製造方法について説明する。まず、図7(A)に示
したように、シリコンウェハ700上に集積回路(図示
せず)及び電極パッド604を形成し、その表面を絶縁
膜606で覆うと共に、絶縁膜606上に3層構造の配
線608を形成し、その配線608上に接続バンプ61
0を形成し、これらを封止材612で封止したものを用
意する。配線608は、絶縁膜606に形成した開口部
を介して電極パッド604に接しており、接続バンプ6
10の上面は封止材612の上面に露出している。
化性エポキシ樹脂を含有した導電性ペースト702を、
スクリーン印刷法により、接続バンプ610の上面に供
給する。次いで、図7(C)に示したように、はんだボ
ール614を接続バンプ610上の導電性ペースト70
2上に移載し、リフロー炉にてリフローを行う。リフロ
ーにより、図7(D)に示したように、はんだボール6
14が接続バンプ610に接合される。更に、導電性ペ
ースト702に含まれる熱硬化性エポキシ樹脂が、はん
だボール614の周囲において樹脂部616を形成す
る。最後に、図中矢印Cで示した位置で、シリコンウェ
ハ700を切断することにより、半導体パッケージ60
0が完成する。
600をマザーボードであるプリント配線板800に実
装する際には、図8に示したように、プリント配線板8
00の配線802上に図示しない導電性ペースト(熱硬
化性エポキシ樹脂を含まないものでもよい)を印刷し、
その導電性ペースト上に、半導体パッケージ600のは
んだボール614を接触させ、リフロー炉にてリフロー
を行う。このとき、樹脂部616の熱硬化性エポキシ樹
脂の一部がプリント配線板800側に広がり、はんだボ
ール614のプリント配線板800側に新たな樹脂部8
04を形成する。この樹脂部804により、はんだボー
ル614とプリント配線板800の配線802との接合
を補強することができ、接続信頼性を更に向上すること
ができる。
0では、はんだボール614の周囲に樹脂部616が形
成されるため、はんだボール614と接続バンプ610
との接合を補強し、接続信頼性を向上することができ
る。更に、半導体パッケージ600をプリント配線板8
00に実装した後で両者の間にアンダーフィルを供給す
る工程を省略できるので、製造プロセスを簡単にするこ
ともできる。
説明する。図9は、本実施の形態に係る半導体チップ9
00の基本構造を示す断面図である。この半導体チップ
900は、フリップチップと呼ばれるものであり、チッ
プの形態のままでプリント配線板に実装(いわゆるベア
チップ実装)されるよう構成されたものである。この半
導体チップ900は、一面(図中上側の面)に集積回路
が形成されたSiよりなる半導体基板902を備えてい
る。半導体基板902の集積回路側の面には、集積回路
から引き出された電極パッド904が形成されている。
プ906が接合されている。このはんだバンプ906の
電極パッド904側の周囲には、熱硬化性エポキシ樹脂
よりなる樹脂部908が形成されている。この樹脂部9
08は、はんだバンプ906と電極パッド904との接
合を補強するためのものである。
00の製造方法について説明する。図10(A)に示し
たように、Siよりなる半導体基板902上に集積回路
を形成し、その集積回路から引き出した電極パッド90
4を形成したものを用意する。続いて、図10(B)に
示したように、熱硬化性エポキシ樹脂を含有した導電性
ペースト905を、スクリーン印刷法により、電極パッ
ド904の上面に供給する。導電性ペースト905の好
ましい粘度や熱硬化性エポキシ樹脂の好ましい含有量
は、第1の実施の形態で説明したものと同様である。次
いで、リフロー炉においてリフローを行ない、図10
(C)に示したように、電極パッド904に接合された
はんだバンプ906を形成する。このとき、導電性ペー
スト905に含まれる熱硬化性エポキシ樹脂は、はんだ
バンプ906の基板側において樹脂部908を形成す
る。このようにして、半導体チップ900が完成する。
900をマザーボードであるプリント配線板1100に
実装する際には、プリント配線板1100の配線110
2上に、図示しない導電性ペースト(熱硬化性エポキシ
樹脂を含まないものでもよい)を供給する。そののち、
半導体チップ900を、電極パッド904側をプリント
配線板1100に向けた姿勢(いわゆるフェースダウン
の姿勢)でプリント配線板1100に取り付け、リフロ
ー炉にてリフローを行う。このとき、樹脂部908の熱
硬化性エポキシ樹脂の一部が、プリント配線板1100
側に広がり、はんだバンプ906のプリント配線板11
00側に新たな樹脂部1104を形成する。この樹脂部
1104により、はんだバンプ906とプリント配線板
1100との接合を補強することができ、接続信頼性を
更に向上することができる。
は、はんだバンプ906の周囲に樹脂部908が形成さ
れるため、はんだバンプ906と電極パッド904との
接合を補強することができ、接続信頼性を向上すること
ができる。更に、半導体チップ900をプリント配線板
1100に実装した後でアンダーフィルを供給する工程
を省略できるので、製造プロセスを簡単にすることがで
きる。
0は、第1の実施の形態で説明したような半導体パッケ
ージの内部に設けることもできる。この場合、半導体チ
ップ900のはんだバンプ906は、半導体パッケージ
の内部接続のために利用することができる。
施の形態についての実施例について説明する。ここで
は、第1の実施の形態で説明した構造の半導体パッケー
ジ100(図1)を多数作成し、それぞれをマザーボー
ドとしてのプリント配線板500(図5)に実装したの
ち、温度サイクルテストを行った。温度サイクルテスト
は、各条件につき24個の半導体パッケージ100につ
いて行ない、接続不良の発生率(不良率)を調べた。サ
イクル数と不良率との関係を図12に示す。
化性エポキシ樹脂を含まない導電性ペーストを用いては
んだボールを実装した点を除き、上述した実施例と同じ
ように作成した半導体パッケージをプリント配線板に実
装し、不良率を調べた。比較例についてのサイクル数と
不良率との関係を図12に併せて示す。
して、接続不良の発生が大幅に低減していることが分か
る。例えば、比較例では約600サイクルのもとで2%
の不良率となっているのに対し、本実施例では約100
0サイクルのもとで同じ2%の不良率となっている。こ
のように、本実施例によれば、比較例と比較して、接続
信頼性が大きく改善されていることが分かる。尚、他の
評価方法に基づく信頼性(例えば、落下や曲げ等に対す
る機械的な接続信頼性)についても、同様の効果がある
ものと考えられる。
説明した。しかしながら本発明は上記実施形態に示した
事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその
変更、改良等が可能であることは明らかである。例え
ば、上述したはんだボールやはんだバンプの代わりに、
他の導電性物質を用いてもよい。
子形成のために熱硬化性エポキシ樹脂を含む導電性ペー
ストを用い、熱処理によって熱硬化性エポキシ樹脂が外
部接続端子の周囲部に樹脂部を形成するようにしたの
で、外部接続端子と絶縁性基板との接合を補強し、接続
信頼性を向上することができる。加えて、後工程におけ
るアンダーフィルの供給工程を省略できるため、製造工
程が簡単になる。
ージの構造を示す断面図である。
及び樹脂部の形状を示す断面図(A)及び斜視図(B)
である。
す工程毎の断面図である。
けるはんだボールの実装工程を拡大して示す断面図であ
る。
板に実装する工程を示す断面図である。
ージの構造を示す断面図である。
す工程毎の断面図である。
板に実装する工程を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
成方法を示す工程毎の断面図である。
に実装する工程を示す断面図である。
の測定結果を示すグラフである。
Claims (7)
- 【請求項1】 複数の貫通孔と、主面側において上記貫
通孔に接する複数の導体パターンとを有する絶縁性基板
と、 上記絶縁性基板の主面側に載置される半導体チップと、 上記半導体チップの電極パッドと上記導体パターンとを
電気的に接続する接続部材と、 上記絶縁性基板の裏面側の上記貫通孔に対応する位置に
形成され、上記導体パターンに電気的に接続される複数
の外部接続端子と、 上記外部接続端子の周囲部に形成され、熱硬化性エポキ
シ樹脂で構成される樹脂部と、を有する半導体装置。 - 【請求項2】 上記外部接続端子が導電性ボールである
請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】 主面上に電気回路及び電極パッドが形成
された半導体チップと、 上記半導体チップの主面側に形成された絶縁性樹脂層
と、 上記電極パッドに電気的に接続されており、上記絶縁性
樹脂層に形成された外部接続端子と、 上記外部接続端子の周囲部に形成され、熱硬化性エポキ
シ樹脂で構成される樹脂部と、を有する半導体装置。 - 【請求項4】 外部接続端子が配置されるための複数の
貫通孔と、主面側において上記貫通孔に接する複数の導
体パターンとを有する絶縁性基板を用意する工程と、 上記絶縁性基板の主面側に半導体チップを載置し、上記
半導体チップの電極パッドと上記導体パターンとを電気
的に接続する工程と、 上記貫通孔に熱硬化性エポキシ樹脂を含有する導電性ペ
ーストを供給する工程と、 上記導電性ペーストに含まれる熱硬化性エポキシ樹脂に
よって外部接続端子の周囲部に樹脂部を形成するための
加熱工程と、を有する半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 上記導電性ペースト上に上記外部接続端
子としての導電性ボールを移載する工程を更に有し、上
記導電性ボールの周囲に上記樹脂部が形成される請求項
4に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 主面上に電気回路及び電極パッドが形成
された半導体チップを用意する工程と、 上記半導体チップの主面上に絶縁性樹脂層を形成する工
程と、 上記電極パッドに電気的に接続され、熱硬化性エポキシ
樹脂を含有する導電性ペーストを上記絶縁性樹脂層に供
給する工程と、 上記導電性ペーストに含まれる熱硬化性エポキシ樹脂に
よって外部接続端子の周囲部に樹脂部を形成するための
加熱工程と、を有する半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 上記導電性ペーストの熱硬化性エポキシ
樹脂の含有量が10重量%以上15重量%以下である請
求項4〜6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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