JP2004319792A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部と接続する為の実装用電極を形成した実装面を有するエリアアレイ型の半導体装置、及びこの半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化にともなって、半導体装置等の電子部品の小型化及び高密度実装に適応する為、外部接続端子がパッケージ本体に形成されたエリアアレイ型の半導体装置の生産が、増加の一途をたどっている。この種の半導体装置の例として、特許文献1に開示されている図11に示すような構造がある。これは、ウエハ単位でパッケージングを行うタイプのエリアアレイ半導体装置である。これの特徴は、パッケージング後の半導体装置のサイズが、半導体チップと全く同じサイズとなっていることである。
【0003】
この半導体装置は、表面側に、素子(図示せず)と電極パッド2と2層の絶縁層3,4とを形成した半導体チップ1に、2次配線11を更に形成し、これらを絶縁層21が覆っている。但し、素子と電極パッド2を電気的に接続する配線を1次配線(図示せず)とし、電極パッド2と外部とを接続する配線を2次配線とする。
絶縁層21は、2次配線11上に外部接続端子接合部(電極)12となる領域が露出されており、バンプ31が形成されている。この種の半導体装置は、本体の実装面にバンプ状の外部接続端子が設けられており、BGA(Ball Grid Array)とも呼ばれている。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−330313号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の半導体装置では、半導体装置と実装基板との線膨張係数の違いにより、半導体装置を実装基板に実装した後、ICチップの発熱及び使用環境下での温度変化により、外部接続端子であるバンプに熱応力が発生し、バンプ接合部での接合不良が発生しやすいという問題がある。
【0006】
これは、SOP(Small Outline Package)、TSOP(Thin Small Outline Package)、QFP(Quad Flat Package)等の、図12に示すように、外部接続端子であるアウターリード33がパッケージ71側面から突き出て、実装基板81上の配線91に接続されたガルウイング構造を有する半導体装置では、アウターリード33が弾性変形しやすい為、熱応力を分散させることが出来るのに対し、従来のBGAタイプの半導体装置では、バンプの弾性変形が比較的小さく、接合部に応力集中が発生する為である。
【0007】
また、半導体装置が、強い電磁波を発生する半導体チップ、又は電磁波の影響で誤動作しやすい半導体チップを搭載する場合には、半導体装置を覆うようなシールドキャップを設ける必要がある。この場合、半導体装置のサイズごとにシールドキャップを準備する必要があり、半導体装置の製造工程又は実装基板への実装工程が複雑になるという問題がある。
特に、外部接続端子から発生する電磁波による装置外部の半導体チップへの影響、及び外部から素子面に進入する電磁波による装置内部の半導体チップへの影響が大きい為、これらの部位をシールドすることは必須となる。
【0008】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、基板等への実装後の接合強度を向上させることが出来ると共に、基板等への実装後は、半導体装置から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響と、外部からの光の影響とを防止することが出来る半導体装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、配線形状の電極と、配線形状の電極以外の電極との上に、同時的にしかも簡便にバンプ形成することが出来る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、外部と接続する為の実装用電極を形成した実装面を有するエリアアレイ型の半導体装置において、前記実装面の外縁部に沿って形成された配線形状の電極を有することを特徴とする。
【0010】
この半導体装置では、外部と接続する為の実装用電極を形成した実装面を有し、配線形状の電極が、実装面の外縁部に沿って形成されている。
これにより、基板等への実装後の接合強度を向上させることが出来ると共に、基板等への実装後は、半導体装置から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響と、外部からの光の影響とを防止することが出来る半導体装置を実現することが出来る。
【0011】
本発明に係る半導体装置は、前記配線形状の電極は、複数に分割されていることを特徴とする。
【0012】
この半導体装置では、実装面の外縁部に沿って形成された配線形状の電極は、複数に分割されているので、基板等への実装後の接合強度を向上させることが出来ると共に、基板等への実装後は、半導体装置から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響と、外部からの光の影響とを防止することが出来る半導体装置を実現することが出来る。
【0013】
本発明に係る半導体装置は、前記配線形状の電極は、グランド端子に接続されていることを特徴とする。
【0014】
この半導体装置では、実装面の外縁部に沿って形成された配線形状の電極は、グランド端子に接続されているので、基板等への実装後の接合強度を向上させることが出来ると共に、基板等への実装後は、半導体装置から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響とを防止することが出来る半導体装置を実現することが出来る。
【0015】
本発明に係る半導体装置は、前記実装面は、前記グランド端子又は該グランド端子に接続された前記配線形状の電極の外層側に絶縁層が設けられ、該絶縁層には開口部を設け、該開口部を横切るべく前記配線形状の電極を形成してあることを特徴とする。
【0016】
この半導体装置では、実装面は、グランド端子又はグランド端子に接続され実装面の外縁部に沿って形成された配線形状の電極の外層側に絶縁層が設けられ、絶縁層には開口部を設け、開口部を横切るべくその配線形状の電極を形成してあるので、基板等への実装後の接合強度を向上させることが出来ると共に、基板等への実装後は、半導体装置から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響と、外部からの光の影響とを防止することが出来る半導体装置を実現することが出来る。また、半導体装置の実装面が小さな場合においても、配線形状の電極を設けることが出来る。
【0017】
本発明に係る半導体装置は、前記配線形状の電極にはバンプを形成してあることを特徴とする。
【0018】
この半導体装置では、実装面の外縁部に沿って形成された配線形状の電極にはバンプを形成してあるので、基板等への実装後の接合強度を向上させることが出来ると共に、基板等への実装後は、半導体装置から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響と、外部からの光の影響とを防止することが出来る半導体装置を実現することが出来る。また、実装の容易性を高めることが出来る。
【0019】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、前記配線形状の電極には、印刷によりバンプを形成することを特徴とする。
【0020】
この半導体装置の製造方法では、本発明に係る半導体装置を製造し、実装面の外縁部に沿って形成された配線形状の電極には、印刷によりバンプを形成するので、配線形状の電極と、配線形状の電極以外の電極との上に、同時にしかも簡便にバンプ形成することが出来る半導体装置の製造方法を実現することが出来る。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明に係るエリアアレイ型の半導体装置の実施の形態1の構成を示す平面図及び断面図であり、図1(a)は、この半導体装置の実装面側から見た平面図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A′における断面図である。この半導体装置は、半導体チップ1の表面に素子(図示せず)と電極パッド2(2a,2bも含む)及び2層の絶縁層3,4とが形成されている。
【0022】
絶縁層3は、シリコン酸化物等の無機絶縁層で形成され、絶縁層3の表層側に設けられた絶縁層4は、ポリイミド系の有機絶縁層で形成されている。絶縁層3のみでも絶縁性は保たれるが、ここでは、1次配線と2次配線との間に発生するクロストーク等を抑制する為に絶縁層4を更に形成している。また、絶縁層3は有機性のものでも良く、あらゆる組合せが考えられ、3層以上形成することも可能である。
絶縁層3,4には、電極パッド2の領域を露出するように開口部が設けられている。
【0023】
絶縁層4の表面には、絶縁層4の開口部から露出した電極パッド2と電気的に接続された2次配線11が形成されており、絶縁層4及び2次配線11を更に絶縁層21が覆っている。絶縁層21には、2次配線11の所望の領域12,14に対向して、開口部22,23がそれぞれ形成されている。
領域12は、外部と電気的に接続可能な電極であり、領域14は、実装面の外縁部に沿って延設された配線形状の電極であり、外部と電気的に接続可能である。2次配線11,12(電極12),14(配線形状の電極14)は同一平面上に形成されている。
【0024】
電極パッド2の内、電極パッド2a,2bはグランド端子(固定電位を与えられた端子)であり、配線形状の電極14と電気的に接続されている。本実施の形態1では,電極12aにもグランド端子2aが電気的に接続しているが、実装面の面積が小さい場合等、場合によってはグランド端子と電気的に接続する電極12を設けないことも可能である。
また、グランド端子が1つしか存在しない場合は、2次配線11によって、複数個ある配線形状の電極の個数分、枝分かれさせて電気的に接続すれば良い。
【0025】
また、本実施の形態1では、配線形状の電極14とグランド端子とを電気的に接続しているが、接続しない場合でも、配線形状の電極が存在するだけで、実装後の接合強度を向上させることが可能であり、半導体チップ1から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響と、外部からの光の影響とをそれぞれ防止する効果がある。但し、電磁波のシールド効果は、グランド端子と電気的に接続した場合の方が遥かに向上する。
また、本実施の形態1では、配線形状の電極14を2分割しているが、この場合でも、実装後の接合強度を向上させることが可能であり、半導体チップ1から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響と、外部からの光の影響とをそれぞれ防止する効果がある。
【0026】
図8は、この半導体装置の実装状態の一例を示す説明図である。尚、図8及び後述する図6,7における実装基板81とは、半導体装置が実装される面のことであり、プリント基板、半導体チップ、半導体装置等、あらゆるものを実装対象物に当てはめることが出来る。
図8に示すこの半導体装置の実装状態では、電極12,14と実装基板81上のランド91,92(配線)とを、外部接続端子31,32がそれぞれ接続している。
【0027】
図6は、図8に示す半導体装置の実装状態を得る方法の例を示す説明図である。
この方法では、外部接続端子31,32となる材料を、予め実装基板81のランド91,92に形成しておく。この例では、外部接続端子31,32となるペースト状のハンダを印刷法により所望の領域に印刷し、実装基板81と半導体装置との位置合わせを行い、リフロー炉等で熱処理を行って接続する。
【0028】
図2は、図1に示す半導体装置の電極12及び配線形状の電極14にバンプを形成した場合の構成例を示す平面図及び断面図であり、図2(a)は、この半導体装置の実装面側から見た平面図であり、図2(b)は、図2(a)のB−B′における断面図である。
この半導体装置では、ハンダからなるバンプ31,32が、電極12,14に予め形成されている。尚、バンプ材料としては、特に限定する必要はないが、この例ではハンダを用いている。
【0029】
図7は、図2に示す半導体装置の実装基板への実装状態を得る方法の例を示す説明図である。
上述した図6に示す方法では、実装基板81上にハンダを印刷したが、図7に示す例では、半導体装置にハンダからなるバンプ31,32が予め形成されている。その為、実装基板81にはフラックスのみ又は少量のハンダを供給するだけでも、接続が可能である。予め半導体装置にバンプ31,32を形成しておくと、基板実装時に半導体装置の高さ、傾き等を調整する必要がない為、半導体装置を実装基板に容易に実装することが出来る。
【0030】
本実施の形態1では、配線形状の電極14を一例として2つに分割しているが、この形状には以下の利点がある。即ち、配線形状の電極と接続したバンプ間には隙間が存在する為、実装後、この隙間からアンダーフィル材等の液状樹脂を注入することが可能である。従って、注入された液状樹脂の硬化処理を行えば、更に実装の接合強度を向上させることが出来る。
【0031】
また、ハンダペースト等、粒子を含む材料を実装基板(半導体装置等も含む)上に印刷する場合、メッシュスクリーンよりもメタルマスクの方が、印刷材料が通過し易い為、印刷し易い。ところが、配線形状の電極14が分割されていない場合、マスクの作製は非常に困難であるが、分割している為、容易にマスクを製作することが出来る。
【0032】
図9は、図1及び図2に示す半導体装置の製造工程の一例を示す説明図である。生産性を考慮すると、図1に示す半導体装置の場合は、工程(a)から工程(c)迄をウエハ単位で製造し、工程(c)以降に個片化すると良い。図2に示す半導体装置の場合は、工程(a)から工程(e)迄をウエハ単位で製造し、工程(c)以降に個片化すると良い。尚。図9では、半導体ウエハの全体図は省略し、1つの半導体チップについて図示している。
以下に、各工程(a)〜(e)について説明する。
工程(a)では、半導体チップ1には、素子(図示せず)と電極パッド2と絶縁層3,4とが形成されており、電極パッド2の領域に絶縁層3,4の開口部が形成されている。
【0033】
工程(b)では、半導体チップ1上に2次配線11,12,14を形成するが、この2次配線のパターンニング方法には、リフトオフ、電解メッキ、無電解メッキ、エッチング、印刷及びこれらを組み合わせた方法等、あらゆる方法が考えられ、更に配線材料としても様々なものが考えられる。
ここでは、電解メッキによりAu/Ni/Cuを形成している。電極パッド2がAlを主成分とする場合には、Ti,Ti−W,Cr等のバリア層(図示せず)を必要とする。ここでは、Ti−Wの薄膜を形成し、更にCuメッキを密着、形成させる為のCu薄膜(図示せず)を、スパッタリングにより半導体チップ1の全面に形成する。
【0034】
次に、感光性レジストを塗布、乾燥させた後、フォトリソグラフィによりパターニングし、2次配線11,12,14が所望のパターンとなるように、Cu,Ni,Auの順に形成する。
メッキ終了後、レジストを剥離液で除去し、2次配線11,12,14の配線パターンをマスクとして、配線パターン以外の領域に形成したCu,Ti−Wのスパッタリング形成膜をエッチング液により除去する。
【0035】
工程(c)では、絶縁層21を形成するが、ここでも材料として種々の材料が考えられる。本実施の形態1では、感光性ポリイミドを用いる。
先ず、この材料のワニス状態のものを塗布、乾燥する。次に、フォトリソグラフィによりパターニングし、2次配線11,12,14上の電極12の領域と配線形状の電極14の領域に開口部22,23を設け、熱処理により硬化させる。
図1に示す半導体装置の場合は、絶縁層21の形成後、ダイシング等によって個片化され、完成となる。個片化を行い易くする為、絶縁膜3,4,21については、予めダイシング領域に開口部を設けておくと良い。
【0036】
図2に示す半導体装置の場合は、その製造方法の一例としては以下のようになる。この場合、生産性を考えると、工程(c)の後、個片化を行わずに、工程(d)以降を行う。バンプ31,32についても種々の材料、形成方法が考えられるが、ここでは,電極12と配線形状の電極14とを同時に、しかも簡便に形成することが可能な印刷方法を用いている。即ち、工程(d)において、ペースト状のハンダを電極12及び配線形状の電極14上にメタルマスクを用いて印刷した後、工程(e)において、リフロー炉等を用いて熱処理を行うことにより、バンプを形成する。次いで、個片化すると図2に示す半導体装置が完成する。
【0037】
実施の形態2.
図3は、本発明に係るエリアアレイ型の半導体装置の実施の形態2の構成を示す平面図及び断面図であり、図3(a)は、この半導体装置の実装面側から見た平面図であり、図3(b)は、図3(a)のC−C′における断面図である。ここでは、実施の形態1の半導体装置と異なる構成についてのみ説明する。
上述した実施形態1では、実装面の外縁部に沿って延設された配線形状の電極14には、半導体チップ上の電極パッドから配線を引き回していたが、本実施の形態2では、配線形状の電極14を、電極パッド2上に設ける為、半導体装置の実装面が小さな場合に有効である。
【0038】
本実施の形態2では、半導体装置の実装面において、半導体チップ1のグランド端子2aと電気的に接続された2次配線13a上には,絶縁層21の開口部23を設け、この開口部23を横切るように、配線形状の電極14を形成している。
一方、グランド端子以外の電極パッド2(又はグランド端子以外の電極パッド2と接続された2次配線13)と配線形状の電極14との間には、絶縁層21が存在する為(図3(b)に描かれた右側の電極パッド2付近を参照)、電気的にショートすることはない。その他の構成については、実施の形態1の半導体装置の構成と略同様であるので、説明を省略する。
【0039】
図10は、図3に示す半導体装置の製造工程の一例を示す説明図である。実施の形態1の場合と同様に、生産性を考慮すると、バンプ迄形成しない場合は、工程(a)から工程(d)迄をウエハ単位で製造し、その後個片化すると良い。図3に示す半導体装置のようにバンプを形成する場合は、工程(a)から工程(f)迄をウエハ単位で製造し、工程(f)の後に個片化すると良い。尚、図10では、半導体ウエハ全体図は省略し、1つの半導体チップについて図示している。
以下に、各工程(a)〜(f)について説明する。
工程(a)では、半導体チップ1には、素子(図示せず)と電極パッド2と絶縁層3,4とが形成されており、電極パッド2の領域に絶縁層3,4の開口部を形成している。
【0040】
工程(b)では、半導体チップ1上の2次配線11,12,13の形成は、実施の形態1で説明したように、種々の方法が考えられるが、ここでも電解メッキにより形成した。但し、ここでは、2次配線11,12,13の材料はCuのみとする。
電極パッド2がAlを主成分とする場合には、Ti,Ti−W,Cr等のバリア層(図示せず)を必要とする。ここでも、実施の形態1と同様に、Ti−Wの薄膜を形成し、更にCuメッキを密着、形成させる為のCu薄膜(図示せず)を、スパッタリングにより半導体チップ1の全面に形成する。
【0041】
次に、感光性レジストを塗布、乾燥させた後、フォトリソグラフィにより2次配線11,12,13が所望のパターンとなるように形成し、パターンの開口部に電解メッキによりCu配線を形成する。
メッキ終了後、レジストを剥離液で除去し、2次配線11,12,13の配線パターンをマスクとして、配線パターン以外の領域に形成したCu,Ti−Wのスパッタリング形成膜をエッチング液で除去する。
【0042】
工程(c)では、感光性ポリイミドを用い、フォトリソグラフィによりパターニングする。絶縁層21の材料として、種々の材料が考えられるが、ここでも実施の形態1と同様に、感光性ポリイミドを用いる。
但し、2次配線11,12,13上の領域12と、後の工程で配線形状の電極14が形成される2次配線上の領域13a,13b(図3(a)参照)とに開口部22と開口部23とを設ける。
ここで、領域13a,13bに開口部23を設けたことにより、グランド端子2a,2b(図3(a)参照)に電気的に接続された2次配線の領域13a,13bと配線形状の電極14とを電気的に接続することが出来る。絶縁層21は、開口部22,23の形成後、熱処理により硬化される。
【0043】
本実施の形態2においては、更に配線形状の電極14を設ける必要がある。ここでも種々の方法から、電解メッキ法を用いる。
工程(d)では、この為、Cu薄膜をスパッタリングで形成する。また、必要に応じて、下地の絶縁層21等との密着性が良好な金属薄膜をCuの下層にスパッタリング等で形成しても良い。
次に,感光性レジストの塗布及び乾燥を行い、フォトリソグラフィによりパターニングを行い、配線形状の電極14を形成する領域と、領域12の開口部とを設ける。配線形状の電極14と、領域12に形成する電極15との構成をAu/Ni/Cuとする場合は、ここで、Cu,Ni,Auの順に電解メッキにより形成する。
【0044】
感光性レジストの開口部は、配線形状の電極14の形成領域のみに形成しても良いが、この場合、配線形状の電極14に、この段階ではCuのみを形成し、感光性レジスト及びCuメッキパターン以外の不要部分に形成されたCu薄膜の除去を行った後に、更に無電解メッキ等でAu/Ni薄膜を配線形状の電極14と電極15とに形成することになる。
外部接続端子31,32をハンダとした場合、ハンダの主成分であるSnがCu中に拡散しやすい為、Cuのみの電極ではCu膜の厚さを数十μm以上に形成する必要がある。その為、バリア層となるNiを形成し、Niの酸化防止及びハンダの濡れ性向上の為に、Auを形成する必要がある。
【0045】
このように、無電解メッキ等で更にAu/Niを形成する工程では、非常に複雑になることから、感光性レジストの開口を電極12の領域にも行い、配線形状の電極14の形成と同時にAu/Ni/Cuを形成すると良い。Au/Ni/Cuメッキの形成後、剥離液によりレジストの除去を行い、領域12及び配線形状の電極14の形成領域に形成したAu/Ni/Cuメッキ層をマスクとして、その他の領域のスパッタリング形成膜について、エッチングを行う。
【0046】
上述した図1に示す半導体装置の場合と同様に、電極15及び配線形状の電極14にバンプを形成しない場合は、工程(d)の後に、半導体ウエハを個片化し、半導体装置を得る。バンプを形成する場合は、ここで個片化を行わずに、工程(e)以降を行うと生産性が良い。
バンプの種類及びその形成方法としては種々考えられるが、工程(e)では、、ハンダペーストを印刷法により電極15上と、配線形状の電極14上とにおいて同時に印刷し、工程(f)では、リフロー炉等を用いて、加熱することによりバンプを形成する。その後、個片化することにより図3に示す半導体装置が完成する。
【0047】
実施の形態3.
図4は、本発明に係るエリアアレイ型の半導体装置の実施の形態3の構成を示す平面図及び断面図であり、図4(a)は、この半導体装置の実装面側から見た平面図であり、図4(b)は、図4(a)のD−D′における断面図である。ここでは、実施の形態1,2の半導体装置と異なる構成についてのみ説明する。
上述した実施の形態1,2は、半導体チップ1上に2次配線を形成した半導体装置であるが、本実施の形態3は、配線形成を行ったパッケージ基板41を用いた半導体装置である。
【0048】
パッケージ基板41には、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含有させたもの、ポリイミド系材料、セラミック材料等があり、配線は単層または複数層に形成されたものがある。パッケージ基板41への半導体チップ1の搭載方法は、フェイスアップ方式(半導体チップ1の裏面側をパッケージ基板41に接合。図4に相当)、及びフェイスダウン方式(半導体チップ1の素子面側をパッケージ基板41に接合)がある。
【0049】
フェイスアップ方式では、通常、金属細線(ボンディングワイヤ)61で半導体チップ1の電極パッド2とパッケージ基板41の配線51,52,53とを電気的に接続する。
フェイスダウン方式では、バンプ、異方性導電膜等を用いて、半導体チップ1の電極パッド2とパッケージ基板41の配線51,52,53とを電気的に接続する。
【0050】
本実施の形態3では,一例として、フェイスアップ方式を図示している(図4)。即ち、パッケージ基板41に半導体チップ1の裏面側をダイアタッチ材料(図示せず)で接着し、金属細線(ボンディングワイヤ)61でパッケージ基板41のパッド52と電極パッド2とを電気的に接続する。パッド52は、配線51により所望の電極53と電気的な導通が確保されている。半導体チップ1のグランド端子から金属細線61で電気的に接続されたパッド52a,52bは、その裏面の絶縁層42に開口部45が設けられており、この開口部45を横切るように形成された配線形状の電極54に、電気的に接続されている。パッド52aは、更に配線51を介して電極53aにも接続されている。配線形状の電極54は、実装面の外縁部に沿って延設されている。
【0051】
また、グランド端子以外の電極パッド2と電気的に接続されたパッド52については、配線形状の電極54との間に絶縁層42が介在し、絶縁されている。このような配線形状の電極54の配置は、半導体装置の実装面が小さな場合に有効である。
本実施の形態3の半導体装置では、樹脂71はトランスファモールドと呼ばれる方法で成型するが、液状樹脂を滴下するなどの方法もある。これは、半導体チップ1を外部からの物理的、化学的なダメージから保護する目的で形成しているので、樹脂以外にも金属、ガラス、セラミックス等で保護しても良い。
【0052】
実施の形態4.
図5は、本発明に係るエリアアレイ型の半導体装置の実施の形態4の構成を示す平面図及び断面図であり、図5(a)は、この半導体装置の実装面側から見た平面図であり、図5(b)は、図5(a)のE−E′における断面図である。ここでは、実施の形態1〜3の半導体装置と異なる構成についてのみ説明する。
上述した実施の形態1,2は、半導体チップ1上に2次配線を形成した半導体装置であり、電極パッド2を特にペリフェラルに(外縁部に)配置した場合に有効である。また、ペリフェラルタイプでなくても、既存の半導体チップ1を用いる場合には、2次配線を用いて自由に電極等を配置できるので有効である。
【0053】
実施の形態4の半導体装置は、電極パッド2が半導体チップ1の中央部に配置されており、2次配線を用いて、電極等の再配置を行う必要がない場合の例である。半導体チップ1の実装面は絶縁層5で覆われており、絶縁層5には、電極パッド2及び配線形状の電極2′を露出するように、それぞれ開口部6及び開口部7が設けられている。
【0054】
本実施の形態4のように、電極パッド2が、実装面全体ではなく、一部分に密集して存在する場合においても、実装面の外縁部に沿って延設された配線形状の電極2′の存在により、バンプを形成し基板実装を行う際に、バランスを崩して半導体装置が傾いてしまう等の不具合を防ぐことが出来る。
このように、半導体チップ1を新規に設計する場合は、配線形状の電極2′を設けることが出来るが、既存の場合、配線形状の電極2′を、実施の形態1,2のように、メッキ等で形成することも可能である。そのとき、2次配線によりグランド端子との接続を行っておくと、電磁波のシールド効果が更に向上する。
【0055】
尚、実施の形態1〜4において説明してきた内容は、エリアアレイ型の半導体装置の中でも面実装タイプのものであるが、その他の例として、パッケージ底面にピン状の外部端子をグリッド状に垂直に立てて配置したピングリッドアレイ型の場合も考えられる。この場合は、基板実装後の接合強度を向上させるというよりも、むしろ電磁波をシールドする効果が重要である。このように、本発明の構成は、種々のエリアアレイ型の半導体装置に適用することが可能である。
【0056】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置によれば、基板等への実装後の接合強度を向上させることが出来ると共に、基板等への実装後は、半導体装置から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響と、外部からの光の影響とを防止することが出来る半導体装置を実現することが出来る。また、電極が、実装面全体ではなく、一部分に密集して存在する場合においても、バランスを崩して半導体装置が傾いてしまう等の不具合を防ぐことが出来る。
【0057】
また、本発明に係る半導体装置によれば、基板等への実装後の接合強度を向上させることが出来ると共に、基板等への実装後は、半導体装置から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響と、外部からの光の影響とを防止することが出来る半導体装置を実現することが出来る。また、アンダーフィル材等の絶縁材料を注入することができる為、基板等への実装後の接合強度を更に向上させることが出来る。また、バンプ形成時において印刷方式を用いる場合は、印刷マスクの開口領域によってマスキング領域を完全に囲い込むパターンとはならないので容易に作製出来る。
【0058】
また、本発明に係る半導体装置によれば、基板等への実装後の接合強度を向上させることが出来ると共に、基板等への実装後は、半導体装置から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響とをより確実に防止することが出来る半導体装置を実現することが出来る。
【0059】
また、本発明に係る半導体装置によれば、基板等への実装後の接合強度を向上させることが出来ると共に、基板等への実装後は、半導体装置から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響と、外部からの光の影響とを防止することが出来る半導体装置を実現することが出来る。また、半導体装置の実装面が小さな場合においても配線形状の電極を設けることができる。
【0060】
また、本発明に係る半導体装置によれば、基板等への実装後の接合強度を向上させることが出来ると共に、基板等への実装後は、半導体装置から外部への電磁波放射と、外部からの電磁波の影響と、外部からの光の影響とを防止することが出来る半導体装置を実現することが出来る。また、実装の容易性を高めることが出来る。
【0061】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、配線形状の電極と、配線形状の電極以外の電極との上に、同時にしかも簡便にバンプ形成することが出来る半導体装置の製造方法を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るエリアアレイ型の半導体装置の実施の形態の構成を示す平面図及び断面図である。
【図2】図1に示す半導体装置の電極及び配線形状の電極にバンプを形成した場合の構成例を示す平面図及び断面図である。
【図3】本発明に係るエリアアレイ型の半導体装置の実施の形態の構成を示す平面図及び断面図である。
【図4】本発明に係るエリアアレイ型の半導体装置の実施の形態の構成を示す平面図及び断面図である。
【図5】本発明に係るエリアアレイ型の半導体装置の実施の形態の構成を示す平面図及び断面図である。
【図6】図8に示す半導体装置の実装状態を得る方法の例を示す説明図である。
【図7】図2に示す半導体装置の実装基板への実装状態を得る方法の例を示す説明図である。
【図8】本発明に係る半導体装置の実装状態の一例を示す説明図である。
【図9】図1及び図2に示す半導体装置の製造工程の一例を示す説明図である。
【図10】図3に示す半導体装置の製造工程の一例を示す説明図である。
【図11】従来の半導体装置の模式的な構造例を示す断面図である。
【図12】ガルウイング構造を有する半導体装置の模式的な構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ
2 電極パッド(電極)
2′ 電極パッド(配線形状の電極)
2a,2b 電極パッド(電極、グランド端子(固定電位を与えられた端子))
3,4,5,21,42,43 絶縁層
6,7,22,23,44,45 開口部
11,13,13a,13b 2次配線
12,12a 2次配線(電極)
14,54 配線形状の電極
31,32 バンプ
41,81 実装基板
51 配線
52 配線(パッド)
53 配線(電極)
61 金属細線(ボンディングワイヤ)
91,92 配線(ランド)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an area array type semiconductor device having a mounting surface on which mounting electrodes for connection to the outside are formed, and a method for manufacturing the semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the miniaturization of electronic devices, the production of area array type semiconductor devices in which external connection terminals are formed on the package body has been increasing in order to adapt to miniaturization and high-density mounting of electronic components such as semiconductor devices. Is going on. As an example of this type of semiconductor device, there is a structure as shown in FIG. This is an area array semiconductor device in which packaging is performed in units of wafers. The feature of this is that the size of the semiconductor device after packaging is exactly the same size as the semiconductor chip.
[0003]
In this semiconductor device, a
In the
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-330313
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional semiconductor device described above, after the semiconductor device is mounted on the mounting substrate due to the difference in linear expansion coefficient between the semiconductor device and the mounting substrate, the heat generated by the IC chip and the temperature change in the usage environment cause the external connection terminals to be disconnected. There is a problem that thermal stress is generated in a certain bump, and a bonding failure at a bump bonding portion is likely to occur.
[0006]
As shown in FIG. 12,
[0007]
Further, when the semiconductor device is mounted with a semiconductor chip that generates a strong electromagnetic wave or a semiconductor chip that easily malfunctions due to the influence of the electromagnetic wave, it is necessary to provide a shield cap that covers the semiconductor device. In this case, it is necessary to prepare a shield cap for each size of the semiconductor device, and there is a problem that a manufacturing process of the semiconductor device or a mounting process on a mounting board becomes complicated.
In particular, it is essential to shield these parts because electromagnetic waves generated from external connection terminals have a large effect on semiconductor chips outside the device and electromagnetic waves entering the element surface from outside have a large effect on semiconductor chips inside the device. It becomes.
[0008]
The present invention has been made in view of the circumstances described above, and can improve the bonding strength after being mounted on a substrate or the like, and can improve the electromagnetic wave from the semiconductor device to the outside after being mounted on the substrate or the like. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of preventing radiation, the effects of external electromagnetic waves, and the effects of external light.
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which bumps can be simultaneously and simply formed on wiring-shaped electrodes and electrodes other than the wiring-shaped electrodes.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor device according to the present invention is an area array type semiconductor device having a mounting surface on which a mounting electrode for connecting to the outside is formed, and has a wiring-shaped electrode formed along an outer edge of the mounting surface. It is characterized by the following.
[0010]
This semiconductor device has a mounting surface on which mounting electrodes for connection to the outside are formed, and wiring-shaped electrodes are formed along the outer edge of the mounting surface.
As a result, the bonding strength after mounting on a substrate or the like can be improved, and after mounting on a substrate or the like, electromagnetic wave radiation from the semiconductor device to the outside, influence of the electromagnetic wave from the outside, and light from the outside. A semiconductor device that can prevent the influence of the above can be realized.
[0011]
The semiconductor device according to the present invention is characterized in that the wiring-shaped electrode is divided into a plurality of electrodes.
[0012]
In this semiconductor device, the wiring-shaped electrode formed along the outer edge of the mounting surface is divided into a plurality of parts, so that the bonding strength after mounting on a substrate or the like can be improved, and the connection to the substrate or the like can be improved. After mounting the semiconductor device, a semiconductor device capable of preventing electromagnetic wave radiation from the semiconductor device to the outside, influence of the electromagnetic wave from the outside, and influence of the light from the outside can be realized.
[0013]
The semiconductor device according to the present invention is characterized in that the wiring-shaped electrode is connected to a ground terminal.
[0014]
In this semiconductor device, the wiring-shaped electrode formed along the outer edge of the mounting surface is connected to the ground terminal, so that the bonding strength after mounting on a substrate or the like can be improved, and After the semiconductor device is mounted on the semiconductor device, it is possible to realize a semiconductor device capable of preventing electromagnetic wave radiation from the semiconductor device to the outside and influence of the electromagnetic wave from the outside.
[0015]
In the semiconductor device according to the present invention, the mounting surface is provided with an insulating layer on an outer layer side of the ground terminal or the wiring-shaped electrode connected to the ground terminal, and an opening is provided in the insulating layer. The wiring-shaped electrode is formed so as to cross the opening.
[0016]
In this semiconductor device, the mounting surface is provided with an insulating layer on the outer layer side of a ground terminal or a wiring-shaped electrode formed along the outer edge of the mounting surface and connected to the ground terminal, and an opening is provided in the insulating layer. Since the wiring-shaped electrodes are formed so as to cross the opening, the bonding strength after mounting on a substrate or the like can be improved, and after mounting on a substrate or the like, electromagnetic waves from the semiconductor device to the outside can be improved. A semiconductor device that can prevent radiation, the effects of external electromagnetic waves, and the effect of external light can be realized. Further, even in the case where the mounting surface of the semiconductor device is small, an electrode having a wiring shape can be provided.
[0017]
The semiconductor device according to the present invention is characterized in that a bump is formed on the wiring-shaped electrode.
[0018]
In this semiconductor device, bumps are formed on the wiring-shaped electrodes formed along the outer edge of the mounting surface, so that the bonding strength after mounting on a substrate or the like can be improved, and the semiconductor device can be mounted on a substrate or the like. After mounting the semiconductor device, a semiconductor device capable of preventing electromagnetic wave radiation from the semiconductor device to the outside, influence of the electromagnetic wave from the outside, and influence of the light from the outside can be realized. Further, the ease of mounting can be improved.
[0019]
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, wherein bumps are formed on the wiring-shaped electrodes by printing.
[0020]
In this method of manufacturing a semiconductor device, the semiconductor device according to the present invention is manufactured, and a bump is formed by printing on the wiring-shaped electrode formed along the outer edge of the mounting surface. A method for manufacturing a semiconductor device in which bumps can be simultaneously and easily formed on electrodes other than wiring-shaped electrodes can be realized.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings showing the embodiments.
FIG. 1 is a plan view and a sectional view showing a configuration of an area array type semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view of the semiconductor device viewed from a mounting surface side. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. In this semiconductor device, an element (not shown), electrode pads 2 (including 2a and 2b), and two insulating
[0022]
The insulating
Openings are provided in the insulating
[0023]
On the surface of the insulating
The
[0024]
Of the
If there is only one ground terminal, the
[0025]
In the first embodiment, the wiring-shaped
Further, in the first embodiment, the wiring-shaped
[0026]
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of a mounting state of the semiconductor device. The mounting
In the mounted state of the semiconductor device shown in FIG. 8, the
[0027]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a method for obtaining the mounting state of the semiconductor device shown in FIG.
In this method, the material for the
[0028]
2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view showing a configuration example in which bumps are formed on the
In this semiconductor device, bumps 31 and 32 made of solder are formed on
[0029]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a method for obtaining a mounting state of the semiconductor device shown in FIG. 2 on a mounting substrate.
In the method shown in FIG. 6 described above, solder is printed on the mounting
[0030]
In the first embodiment, the wiring-shaped
[0031]
When printing a material containing particles, such as a solder paste, on a mounting substrate (including a semiconductor device or the like), a metal mask is easier to print than a mesh screen because a printing material passes through the metal mask more easily. However, when the wiring-shaped
[0032]
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of a manufacturing process of the semiconductor device illustrated in FIGS. 1 and 2. In consideration of the productivity, in the case of the semiconductor device shown in FIG. 1, it is preferable that the steps (a) to (c) are manufactured in wafer units, and that the individual steps are performed after the step (c). In the case of the semiconductor device shown in FIG. 2, the steps (a) to (e) are preferably manufactured in wafer units, and the individual steps are performed after the step (c). still. In FIG. 9, the overall view of the semiconductor wafer is omitted, and one semiconductor chip is illustrated.
Hereinafter, each of the steps (a) to (e) will be described.
In the step (a), an element (not shown), an
[0033]
In the step (b), the
Here, Au / Ni / Cu is formed by electrolytic plating. When the
[0034]
Next, after a photosensitive resist is applied and dried, patterning is performed by photolithography, and Cu, Ni, and Au are formed in this order so that the
After the plating is completed, the resist is removed with a stripping solution, and using the wiring patterns of the
[0035]
In the step (c), the insulating
First, a varnished state of this material is applied and dried. Next, patterning is performed by photolithography, and
In the case of the semiconductor device shown in FIG. 1, after the insulating
[0036]
In the case of the semiconductor device shown in FIG. 2, an example of the manufacturing method is as follows. In this case, considering the productivity, after the step (c), the step (d) and the subsequent steps are performed without performing the singulation. Various materials and forming methods can be considered for the
[0037]
FIGS. 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view showing a configuration of an area array type semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. FIG. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG. Here, only the configuration different from the semiconductor device of the first embodiment will be described.
In the above-described first embodiment, the wiring is routed from the electrode pad on the semiconductor chip to the wiring-shaped
[0038]
In the second embodiment, the
On the other hand, the insulating
[0039]
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. As in the case of the first embodiment, in consideration of productivity, when the bumps are not formed, it is preferable that the steps (a) to (d) are manufactured in units of wafers, and then the wafers are separated. When bumps are formed as in the semiconductor device shown in FIG. 3, it is preferable that the steps (a) to (f) are manufactured in wafer units, and that individual pieces are formed after the step (f). In FIG. 10, the entire semiconductor wafer is omitted and only one semiconductor chip is shown.
Hereinafter, each of the steps (a) to (f) will be described.
In the step (a), an element (not shown), an
[0040]
In the step (b), the
When the
[0041]
Next, after applying and drying a photosensitive resist, the
After plating is completed, the resist is removed with a stripping solution, and using the wiring patterns of the
[0042]
In the step (c), the photosensitive polyimide is patterned by photolithography. Although various materials can be considered as the material of the insulating
However, openings are formed in the
Here, by providing the
[0043]
In the second embodiment, it is necessary to further provide a wiring-shaped
In the step (d), a Cu thin film is formed by sputtering for this purpose. If necessary, a metal thin film having good adhesion to the underlying insulating
Next, a photosensitive resist is applied and dried, patterning is performed by photolithography, and a region where the wiring-shaped
[0044]
The opening of the photosensitive resist may be formed only in the formation region of the wiring-shaped
When the
[0045]
As described above, in the step of further forming Au / Ni by electroless plating or the like, since the process becomes very complicated, an opening in the photosensitive resist is also formed in the region of the
[0046]
As in the case of the semiconductor device shown in FIG. 1 described above, when no bump is formed on the
Although various types of bumps and a method for forming the bumps can be considered, in step (e), a solder paste is simultaneously printed on the
[0047]
4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration of an area array type semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 4A is a plan view of the semiconductor device as viewed from a mounting surface side. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line DD ′ of FIG. 4A. Here, only the configuration different from the semiconductor devices of the first and second embodiments will be described.
The first and second embodiments described above are the semiconductor devices in which the secondary wiring is formed on the
[0048]
The
[0049]
In the face-up method, usually, the
In the face-down method, the
[0050]
In the third embodiment, a face-up method is shown as an example (FIG. 4). That is, the back surface side of the
[0051]
Further, the
In the semiconductor device of the third embodiment, the
[0052]
FIGS. 5A and 5B are a plan view and a sectional view showing a configuration of an area array type semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 5A is a plan view of the semiconductor device viewed from the mounting surface side. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line EE ′ of FIG. Here, only the configuration different from the semiconductor devices of the first to third embodiments will be described.
Embodiments 1 and 2 described above are the semiconductor devices in which the secondary wiring is formed on the
[0053]
The semiconductor device according to the fourth embodiment is an example in which the
[0054]
As in the fourth embodiment, even when the
As described above, when the
[0055]
The contents described in the first to fourth embodiments are of the surface mount type among the area array type semiconductor devices. However, as another example, pin-shaped external terminals are vertically arranged on the bottom surface of the package in a grid shape. It is also conceivable to use a pin grid array type which is arranged upright. In this case, the effect of shielding electromagnetic waves is more important than improving the bonding strength after mounting on the board. Thus, the structure of the present invention can be applied to various area array type semiconductor devices.
[0056]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the semiconductor device which concerns on this invention, while bonding strength after mounting to a board | substrate etc. can be improved, after mounting to a board | substrate etc., the electromagnetic wave radiation from a semiconductor device to the outside, It is possible to realize a semiconductor device capable of preventing the influence and the influence of external light. In addition, even when the electrodes are densely provided in a part of the mounting surface, not in the entirety, it is possible to prevent the semiconductor device from being out of balance and tilting.
[0057]
According to the semiconductor device of the present invention, the bonding strength after mounting on a substrate or the like can be improved, and after mounting on a substrate or the like, electromagnetic wave radiation from the semiconductor device to the outside and external A semiconductor device which can prevent the influence of electromagnetic waves and the influence of external light can be realized. Further, since an insulating material such as an underfill material can be injected, the bonding strength after mounting on a substrate or the like can be further improved. Further, when a printing method is used at the time of forming the bump, it can be easily manufactured because the pattern does not completely surround the masking area by the opening area of the print mask.
[0058]
According to the semiconductor device of the present invention, the bonding strength after mounting on a substrate or the like can be improved, and after mounting on a substrate or the like, electromagnetic wave radiation from the semiconductor device to the outside and external A semiconductor device that can more reliably prevent the effects of electromagnetic waves can be realized.
[0059]
According to the semiconductor device of the present invention, the bonding strength after mounting on a substrate or the like can be improved, and after mounting on a substrate or the like, electromagnetic wave radiation from the semiconductor device to the outside and external A semiconductor device which can prevent the influence of electromagnetic waves and the influence of external light can be realized. Further, even when the mounting surface of the semiconductor device is small, the wiring-shaped electrode can be provided.
[0060]
According to the semiconductor device of the present invention, the bonding strength after mounting on a substrate or the like can be improved, and after mounting on a substrate or the like, electromagnetic wave radiation from the semiconductor device to the outside and external A semiconductor device which can prevent the influence of electromagnetic waves and the influence of external light can be realized. Further, the ease of mounting can be improved.
[0061]
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device in which bumps can be simultaneously and easily formed on a wiring-shaped electrode and an electrode other than the wiring-shaped electrode is realized. You can do it.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration of an embodiment of an area array type semiconductor device according to the present invention.
2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view illustrating an example of a configuration in which bumps are formed on electrodes and wiring-shaped electrodes of the semiconductor device illustrated in FIG.
3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration of an embodiment of an area array type semiconductor device according to the present invention;
4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration of an embodiment of an area array type semiconductor device according to the present invention.
5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration of an embodiment of an area array type semiconductor device according to the present invention.
6 is an explanatory diagram showing an example of a method for obtaining a mounting state of the semiconductor device shown in FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a method for obtaining a mounting state of the semiconductor device shown in FIG. 2 on a mounting board.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of a mounting state of a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory view showing one example of a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIGS. 1 and 2;
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of a manufacturing process of the semiconductor device illustrated in FIG. 3;
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure example of a conventional semiconductor device.
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure example of a semiconductor device having a gull wing structure.
[Explanation of symbols]
1 semiconductor chip
2 electrode pad (electrode)
2 'electrode pad (wiring shaped electrode)
2a, 2b Electrode pad (electrode, ground terminal (terminal given fixed potential))
3,4,5,21,42,43 Insulating layer
6,7,22,23,44,45 opening
11, 13, 13a, 13b Secondary wiring
12, 12a Secondary wiring (electrode)
14,54 Wiring shape electrode
31, 32 Bump
41, 81 Mounting board
51 Wiring
52 Wiring (pad)
53 Wiring (electrode)
61 Fine metal wire (bonding wire)
91,92 Wiring (land)
Claims (6)
前記実装面の外縁部に沿って形成された配線形状の電極を有することを特徴とする半導体装置。In an area array type semiconductor device having a mounting surface on which mounting electrodes for connecting to the outside are formed,
A semiconductor device having wiring-shaped electrodes formed along the outer edge of the mounting surface.
前記配線形状の電極には、印刷によりバンプを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the method comprises:
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a bump is formed on the wiring-shaped electrode by printing.
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