JP2004047563A - 半導体装置 - Google Patents

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白石 智宏
Toshihiro Matsunaga
松永 俊博
Tamotsu Tanaka
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Abstract

【課題】ベース基板を用いた半導体装置のリフローによるパッケージクラック耐性を向上させる。
【解決手段】絶縁層と配線とを積層したベース基板に形成された外部端子と搭載された半導体チップの接続端子とを前記配線を介して接続する半導体装置において、前記ベース基板の側面を樹脂等によって封止する。上述した本発明によれば、ベース基板側面に生じる微小な隙間が露出するのを防止し、前記隙間から吸湿した水分に起因するパッケージクラックを防止することができる。加えて、前記隙間から吸湿した水分によって内部の配線が腐食するのを防止することができる。
【選択図】    図3

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に、ベース基板を用いる半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置では、微細化の進展によってより多くの内部回路が搭載されるためにより多くの外部端子が必要となる。このため、半導体装置の底面に外部端子となるボール状のバンプを面状に配置したBGA(Ball Grid Array)型等の半導体装置が採用されている。
【0003】
図1に縦断面図及びその部分拡大図を示すBGA型の半導体装置の例では、ベース基板1が矩形環状に形成されており、ベース基板1に形成された中央部の空間に単結晶シリコン等の半導体基板に素子を形成した半導体チップ2を収容し、半導体チップ2は接着剤3によって放熱板4に固定され、半導体チップ2のパッドとベース基板1の配線5とがボンディングワイヤ6によって接続されている。
【0004】
ベース基板1は接着剤7によってアルミニュウム或いは銅等の放熱性に優れた金属を用いた放熱板4に固定され、ボンディングワイヤ6を含む半導体チップ2とベース基板1との接続部分はエポキシ樹脂等を用いた封止体8で覆い封止してある。
【0005】
ベース基板は、部分拡大図に示すように、ガラス繊維9aの束を縦横に配置して布状に織り上げたガラスシートにビスマレイミドトリアジン樹脂(BTレジン)等の有機樹脂9bを浸透させた絶縁層9に銅箔等をパターニングした配線5を各層に形成した積層構造となっており、最上層の配線5は接続部分を除いてソルダーレジスト10によって覆われている。
【0006】
ベース基板1の最上層の配線5は、その一端が半導体チップ1の接続端子であるパッドとボンディングワイヤ6によって接続されており、その他端に例えばハンダを用いたバンプ電極11が形成される、或いはベース基板1を貫通するスルーホール配線12によって複数層の配線5の層間接続を行なってバンプ電極11と接続され、このバンプ電極11が半導体装置の外部端子となっている。
【0007】
こうしたベース基板1では、図2に示すように、その製造過程では複数のベース基板1を一括して形成し、縦横に配置された各基板1を、最終段階でブレード等によって切断して個片化し個別のベース基板1としている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このような半導体装置では、実装基板への実装に先立って加熱処理であるリフローが行なわれるが、このリフローによってパッケージの吸湿に起因するリフロークラックが発生し不良となるものがあった。このような不良の発生によって製品への信頼性が低下することになる。
【0009】
本発明の課題は、これらの問題を解決し、ベース基板を用いた半導体装置のリフローによるパッケージクラック耐性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
絶縁層と配線とを積層したベース基板に形成された外部端子と搭載された半導体チップの接続端子とを前記配線を介して接続する半導体装置において、前記ベース基板の側面を樹脂等によって封止する。
【0011】
上述した本発明によれば、ベース基板側面に生じる微小な隙間が露出するのを防止し、前記隙間から吸湿した水分に起因するパッケージクラックを防止することができる。加えて、前記隙間から吸湿した水分によって内部の配線が腐食するのを防止することができる。
【0012】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0013】
【発明の実施の形態】
図3は本発明の一実施の形態であるBGA型の半導体装置を示す縦断面図及びその部分拡大図である。
本実施の形態のBGA型の半導体装置では、ベース基板1が矩形環状に形成されており、ベース基板1に形成された中央部の空間に単結晶シリコン等の半導体基板に素子を形成した半導体チップ2を収容し、半導体チップ2は接着剤3によって放熱板4に固定され、半導体チップ2のパッドとベース基板1の配線5とがボンディングワイヤ6によって接続されている。
【0014】
ベース基板1は接着剤7によってアルミニュウム或いは銅等の放熱性に優れた金属を用いた放熱板4に固定され、ボンディングワイヤ6を含む半導体チップ2とベース基板1との接続部分はエポキシ樹脂等を用いた封止体8で覆い封止してある。
【0015】
ベース基板1は、部分拡大図に示すように、ガラス繊維9aの束を縦横に配置して布状に織り上げたガラスシートにビスマレイミドトリアジン樹脂(BTレジン)等の有機樹脂9bを浸透させた絶縁層9に銅箔等をパターニングした配線5を各層に形成した積層構造となっており、最上層の配線5は接続部分を除いてソルダーレジスト10によって覆われている。
【0016】
ベース基板1の最上層の配線5は、その一端が半導体チップ2のパッドとボンディングワイヤ6によって接続されており、その他端に例えばハンダを用いたバンプ電極11が形成される、或いはベース基板1を貫通するスルーホール配線12によって複数層の配線5の層間接続を行なってバンプ電極11と接続され、このバンプ電極11が半導体装置の外部端子となっている。
【0017】
前述したリフロークラックの原因について、本発明者等が検討した結果、ベース基板1の側面は製造過程で切断された切断面が露出しており、切断面ではガラス繊維9a及び樹脂9bの双方が露出している点に着目した。
【0018】
即ち、異種材料であるガラス繊維9aと樹脂9bとの接着界面の接着性が劣っているために、前記個片化の切断の際に加えられる外力によって前記接着界面にダメージが加わりガラス繊維9aと樹脂9bとの接着界面に微小な隙間が生じてしまう。
【0019】
このため、この隙間から吸湿した水分がベース基板1の内部に浸透し、実装時のリフローによって浸透した水分が気化・膨張することによりパッケージクラックを起こす或いは水分によって内部の配線5が腐食してしまい断線する等の損傷が生じることが判明した。そこで、本実施の形態では、ベース基板1側面をソルダーレジスト10によって覆いベース基板1の側面を封止してある。
【0020】
このベース基板1側面の封止は、表面の配線5を覆うソルダーレジスト10の塗布と同時に行なってもよいし、側面のみを別に塗布してもよい。また、ソルダーレジスト10に限らずエポキシ樹脂等を塗布してもよく、熱可塑性樹脂等の絶縁性のフィルムを側面に接着して封止してもよい。
【0021】
続いて、図4にフローを示す本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図5乃至図10を用いて説明する。図中の(a)は平面図を示し、図中の(b)は縦断面図を示している。
【0022】
先ず、複数のベース基板1を一括して形成し、縦横に配置された各基板1を、最終段階でブレード等によって切断して図5に示すように個片化した後に、ソルダーレジスト10を図6に示すようにベース基板1の側面に塗布する。
【0023】
次に、ベース基板1に放熱板4を接着剤7によって取り付け、ベース基板1に形成された中央部の半導体チップ搭載領域の放熱板4に、半導体チップ1を位置合わせし、図7に示すように、半導体チップ2を接着剤3によって放熱板4に固定して半導体チップ2を搭載する。
【0024】
次に、図8に示すように、半導体チップ2のパッドとベース基板1の配線5とをボンディングワイヤ6によって接続し、図9に示すように、ボンディングワイヤ6を含む半導体チップ2とベース基板1との接続部分はエポキシ樹脂等を用いたポッティングによって封止体8を形成して封止し、図10に示すようにバンプ電極11を取り付けて図3に示す状態となる。
【0025】
この例では、ベース基板1が個片化された時点で側面の封止を行なったが、他に、例えばポッティングによって封止体8を形成する際に、ポッティング樹脂によってベース基板1側面の封止を行なってもよいし、バンプ電極11の取り付け後にベース基板1側面の封止を行なってもよい。
【0026】
一般に、ベース基板1単体の状態で側面の封止を行なう場合には処理が容易である点が利点であり、製造工程が進んだ段階で側面の封止を行なう場合には、製造工程では加熱を要する処理が多いため、加熱の影響による封止膜の劣化が少なくなる利点がある。
【0027】
このようにベース基板1側面の封止については、適宜の段階で行なうことが可能であり、夫々の半導体装置に応じて最適な段階での封止を選択することが可能である。
【0028】
また、前述した実施の形態ではポッティングによって半導体チップ2を封止しているが、図11に示すように、半導体チップ2を樹脂モールドによる封止体13によって封止する場合には、ベース基板1側面と樹脂モールドの金型との間に僅かに隙間を設けることによって、封止体13をベース基板1の側面まで形成してベース基板1の側面を封止することも可能である。
【0029】
以上、本発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0030】
例えば、絶縁層9が複合材ではない場合であっても、絶縁層9と配線5とが異種材料であるために、その接着界面にダメージが加わり絶縁層9と配線5との接着界面に微小な隙間が生じ耐湿性を低下させている場合等にも本発明を適用することが可能である。
【0031】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)本発明によれば、ベース基板の側面を封止しているので、切断面を露出させることがないという効果がある。
(2)本発明によれば、上記効果(1)により、前記切断面に生じる微小な隙間が露出するのを防止することができるという効果がある。
(3)本発明によれば、上記効果(2)により、前記隙間から吸湿した水分に起因するパッケージクラックを防止することができるという効果がある。
(4)本発明によれば、上記効果(2)により、前記隙間から吸湿した水分によって内部の配線が腐食するのを防止することができるという効果がある。
(5)本発明によれば、上記効果(3)(4)により、製品の信頼性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のBGA型の半導体装置を示す縦断面図及びその部分拡大図である。
【図2】ベース基板の製造過程を示す斜視図である。
【図3】本発明の一実施の形態であるBGA型の半導体装置を示す縦断面図及びその部分拡大図である。
【図4】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【図5】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を工程毎に示す平面図及び縦断面図である。
【図6】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を工程毎に示す平面図及び縦断面図である。
【図7】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を工程毎に示す平面図及び縦断面図である。
【図8】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を工程毎に示す平面図及び縦断面図である。
【図9】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を工程毎に示す平面図及び縦断面図である。
【図10】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を工程毎に示す平面図及び縦断面図である。
【図11】本発明の一実施の形態であるBGA型の半導体装置の変形例を示す縦断面図及びその部分拡大図である。
【符号の説明】
1…ベース基板、2…半導体チップ、3,7…接着剤、4…放熱板、5…配線、6…ボンディングワイヤ、8,13…封止体、9…絶縁層、9a…ガラス繊維、9b…樹脂、10…ソルダーレジスト、11…バンプ電極、12…スルーホール配線。

Claims (5)

  1. 絶縁層と配線とを積層したベース基板に形成された外部端子と搭載された半導体チップの接続端子とを前記配線を介して接続する半導体装置において、前記ベース基板の側面が封止されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記ベース基板の側面にて切断面が露出していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記ベース基板の絶縁層が2種類以上の材料からなる複合材であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記側面をソルダーレジスト或いはエポキシ系樹脂で被覆して封止を行なうことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記配線基板がBGA型半導体装置のベース基板であることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100649754B1 (ko) 2005-10-31 2006-11-27 삼성전기주식회사 반도체 소자 패키지
JP2007208164A (ja) * 2006-02-06 2007-08-16 Shiima Denshi Kk 半導体装置用基板及びその製造方法
JP2009146988A (ja) * 2007-12-12 2009-07-02 Fujitsu Ltd 配線基板の個片化方法およびパッケージ用基板

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