JP2005045171A - 半導体装置及び集合半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定のスタンドオフを有する半導体装置において、樹脂封止時に樹脂基板の変形を防止する半導体装置及び集合半導体装置を提供する。
【解決手段】 有機基板表面に半導体チップが搭載され、半導体チップが樹脂封止されているとともに、有機基板裏面に、所定のスタンドオフを有するファンクション電極と、この電極と略等しい高さの補強パターンとを備え、補助パターンは、トランスファーモールド法により半導体チップを樹脂封止する際、有機基板の変形を防止する位置に配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機基板を用いた半導体装置および集合半導体装置に関し、特に樹脂封止する際の基板変形を防止する半導体装置及び集合半導体装置に関する。

絶縁基板上に配線を自由に引き回すことが可能な有機基板を用いた半導体装置として、Ball Grid Array（以下ＢＧＡという）構造やLand Grid Array（以下ＬＧＡという）構造などのリードレスタイプの表面実装型半導体装置が広く利用されている。また、最近では図４に示すように配線の引き回しが不要なパッドオンビアタイプと呼ばれる構造が、面積を小さくできるため、超小型のChip Scale Package（以下ＣＳＰという）に広く採用されるようになっている。

このような半導体装置では、スタンドオフ（有機基板の基材下面からファンクション電極下面までの高さａ、図４参照）は、２０μm〜１５０μm程度の高さに形成することにより、半導体装置およびそれを実装するマザーボードの反りや、半導体装置およびマザーボード表面への異物付着などによる実装不良の発生を低減し、実装信頼性の向上に有利に機能している。

例えばＢＧＡ構造の半導体装置では、チップ実装面の配線は、スルーホールを用いてマザーボード実装面（有機基板裏面）に取り出され、所定のファンクション電極まで配線パターンを引き回して接続される。マザーボード実装面では、その後のハンダボール搭載時にハンダ流れが発生しないようファンクション電極のみを残し、スルーホール部および配線パターンを含め２０μm程度のソルダーレジストで選択的に被覆され、露出するファンクション電極にハンダボールを形成することによって、１００μm程度のスタンドオフが得られる構造となっている。

一方ＬＧＡ構造の半導体装置は、一般にＢＧＡ構造の半導体装置にハンダボールを取り付けない構造であるから、ファンクション電極表面の高さは、ソルダーレジスト表面の高さより低くなり、そのスタンドオフはマイナスとなる。本出願人は特開２００２−８３９００号公報において、ＬＧＡ構造のファンクション電極（ランド）がソルダーレジストより凹んだ形状にならないようにするため、スルーホールに充填した樹脂をスルーホール開口面から突出させ、その上にメッキすることによって実装性や信頼性の高いランドを形成する技術を開示している。

パッドオンビアタイプの半導体装置は、図４に示すように有機基板２に形成されたスルーホール８の下面がファンクション電極１としてそのまま使用できるよう、スルーホールメッキ後に、スルーホール２を樹脂９で埋め、樹脂９上にメッキが施された構造となっている。このような構造の半導体装置は、引き回し配線エリアが不要のため、有機基板の面積を小さくできるとともに、ハンダ流れ防止等で実施していたソルダーレジストで被覆する必要がなく、配線厚およびメッキ厚分のスタンドオフ分が確保できることになる。したがって、このような構造の半導体装置ではスタンドオフは３０〜４０μm程度となっている。

これら有機基板を用いた半導体装置では、半導体チップ７を樹脂封止する方法としてトランスファーモールド法により、有機基板の片面のみを樹脂封止するのが一般的である。トランスファーモールド法により成形された半導体装置は、ポッティング方法等によるその他の封止方法よりも半導体装置の厚さのバラツキが小さく、またポッティング方法等で使用される樹脂よりも安価な樹脂を使用でき、生産性も高く低コストで生産できる。

しかしながら、トランスファーモールド法では樹脂充填した後、硬化前に数トン程度の保圧をかけることによって注入中に発生した樹脂ボイドをエアベントから押し出し、水分溜りとなる個所を減らすことによって、実装リフロー時のパッケージクラック発生等の不具合を防いでいる。
特開２００２−８３９００号公報

しかし、図５に模式的に示すように、トランスファーモールド法による保圧によって、基板変形が起こりやすく、この反り応力により半導体チップ７の剥離などが発生し、半導体装置の信頼性の低下を招くおそれがある。特に、半導体装置の外周のみにファンクション電極があるペリフェラルタイプの半導体装置では、図５に示すように半導体装置下面中央部が凸状に変形してしまう。このような基板変形はワイヤボンドなどの接続性の低下、チップクラックなどの不具合の発生にもつながる場合がある。特に、半導体装置の薄型化にともない、有機基板を用いた半導体パッケージでは、その基板の厚さは０．２〜０．４mm程度から０．１〜０．２mm程度と薄くなる傾向にあり、基板強度が低く、さらに基板変形が大きな問題となってきている。

上記のように、有機基板を用いた所定のスタンドオフを有する半導体装置は、スタンドオフは実装信頼性の観点から所定の範囲にあることが好ましいが、他方トランスファーモールド時に基板変形が生じてしまう。本発明は所定のスタンドオフを有する半導体装置において、樹脂封止時に樹脂基板の変形を防止する半導体装置及び集合半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る半導体装置は、有機基板表面に半導体チップが搭載され、該半導体チップが樹脂封止されているとともに、前記有機基板裏面に、所定のスタンドオフを有するファンクション電極と、該電極と略等しい高さの第１の補助パターンとを備え、該第１の補助パターンは、前記半導体チップを樹脂封止する際、前記基板の変形を防止する位置に配置されていることを特徴とするものである。

本願請求項２に係る集合半導体装置は、集合有機基板表面に複数の半導体チップが搭載され、該半導体チップが樹脂封止されているとともに、前記集合有機基板裏面に、所定のスタンドオフを有するファンクション電極と、該電極と略等しい高さの第１の補助パターンあるいは前記集合有機基板を切断し、半導体装置を形成する際、切断除去される領域上に形成された、前記電極と略等しい高さの第２の補助パターンの少なくともいずれかを備え、前記第１、第２の補助パターンは、前記半導体チップを樹脂封止する際、前記基板の変形を防止する位置に配置されていることを特徴とするものである。

本発明では、スタンドオフを有する有機基板を用いた半導体装置において、ファンクション電極と同じスタンドオフを有する補助パターンをグリッド配置することによって、トランスファーモールドの保圧がかかった場合でも、補助パターンが、金型に接して応力を分散させ基板変形を防止することができる。

また、多数個取りの集合半導体装置では、切断ライン上にファンクション電極と同じスタンドオフを有する別の補助パターンを備えることによって、ファンイン構造に代表されるようなファンクション電極間の距離が０．５mm程度と大きい電極配置の半導体装置を生産する場合でも基板変形を防止することができる。

本発明の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１は本願第１の発明の第１の実施形態を示したもので、半導体装置裏面全面にファンクション電極および補助パターンを格子状に配置したフルグリッド電極配置の一例である。１は半導体チップに接続されるファンクション電極、２は有機基板、３は補助パターンである。ファンクション電極１およびファンクション電極１と同一形状の補助パターン３は、有機基板２上に同時に形成されるため、３０〜４０μm程度の同じ高さのスタンドオフとなる。その結果、トランスファーモールド時には、金型に対し同一面で接することにより樹脂充填直後の保圧時に、補助パターン３はファンクション電極１にかかる応力を分散させ、基板変形を防止することができる。ファンクション電極１および補助パターン３は、基板変形が発生しないように有機基板の材料、厚さ、トランスファーモールド時の条件等を考慮し、それぞれ所定の間隔で配置される。一例として、０．４mm程度以下の配線スペースで配置すると、有機基板の変形を防止することができる。またファンクション電極１および補助パターン３の配置についても、種々変更することが可能で、有機基板２の変形を防止できるようにすれば良く、格子状の配置に限定されるものではない。

図２は本願第１の発明の第２の実施形態を示したもので、半導体装置裏面中央部に正方形の補助パターン４を配置した例である。補助パターン４もファンクション電極１と同じ高さに形成され、第１の実施形態の補助パターン３と同様に応力分散の効果があり、基板変形を防止することができる。本実施形態においても、ファンクション電極１および補助パターン４の配置、形状は、樹脂封止条件に応じて種々変更することが可能で、有機基板２の変形を防止できるようにすれば良く、中央部に正方形の補助パターンが配置される構造に限定されるものではない。

図３は本願第２の発明の実施形態を示したもので、多数個取りの集合有機基板上の半導体装置の配置図である。５は集合有機基板、６は集合有機基板５の裏面に形成されたダイシング切断ライン上に形成した補助パターン、１０はダイシングにより個片化される半導体装置である。なお図では、ファンクション電極は図示されておらず、補助パターンは模式的に示している。このような構造の集合有機基板は、次のように形成される。まず、裏面にファンクション電極と補助パターン６が形成された集合有機基板５を用意し、その表面に半導体チップを搭載する。半導体チップをトランスファーモールド法により樹脂封止する。その後、集合有機基板５裏面に形成された、補助パターン６の中心線で切断して、半導体装置１０に個別化する。トランスファーモールド法により樹脂封止する際、ファンイン構造に代表されるような個々の半導体装置に形成されたファンクション電極間の距離が大きい場合、樹脂封止の際の保圧時に有機基板が変形してしまう。そこで本発明では、切断ライン上にファンクション電極1と同じスタンドオフの補助パターン6を配置することによって応力が分散し、上記距離が大きい場合であっても有機基板を変形させることなく樹脂封止が可能となる。なおこの場合において、補助パターン６を切断ライン上に形成する場合に、本願第１の発明における実施形態1、2に示した補助パターン３または４を同時に形成しておくことも可能である。

ダイシング切断ライン上に形成される補助パターン６は、ダイシングにより全て除去されるのが好ましい。そこで、ダイシングブレード幅が０．１〜０．２mm程度の場合、補助パターン幅はその位置ズレなどの公差も考慮し、０．０５０〜０．１５mm程度とすることによって、ダイシング時に全て切り落とされ、個片化された半導体装置１０に補助パターン６が残ることはない。

本願第１の発明の第１の実施形態を説明する図である。 本願第１の発明の第２の実施形態を説明する図である。 本願第２の発明の実施形態を説明する図である。 従来のこの種の半導体装置を説明する図である。 従来の半導体装置の有機基板の変形を説明する図である。

符号の説明

１：ファンクション電極、２：有機基板、３、４、６：補助パターン、５：集合有機基板、７：半導体チップ、８：スルーホール、９：樹脂、１０：半導体装置

Claims (2)

1. 有機基板表面に半導体チップが搭載され、該半導体チップが樹脂封止されているとともに、前記有機基板裏面に、所定のスタンドオフを有するファンクション電極と、該電極と略等しい高さの第１の補助パターンとを備え、該第１の補助パターンは、前記半導体チップを樹脂封止する際、前記基板の変形を防止する位置に配置されていることを特徴とする半導体装置。
2. 集合有機基板表面に複数の半導体チップが搭載され、該半導体チップが樹脂封止されているとともに、前記集合有機基板裏面に、所定のスタンドオフを有するファンクション電極と、該電極と略等しい高さの第１の補助パターンあるいは前記集合有機基板を切断し、半導体装置を形成する際、切断除去される領域上に形成された、前記電極と略等しい高さの第２の補助パターンの少なくともいずれかを備え、前記第１、第２の補助パターンは、前記半導体チップを樹脂封止する際、前記基板の変形を防止する位置に配置されていることを特徴とする集合半導体装置。

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