JP2005150179A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子の集積回路部を保護し、かつ外部装置と半導体素子の電気的接続を安定に確保し、小型で高密度な実装の要求に対応可能な半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device that protects an integrated circuit portion of a semiconductor element, stably secures an electrical connection between an external device and the semiconductor element, and can meet a demand for small and high-density mounting, and a method of manufacturing the same. It is.
また、情報通信機器、事務用電子機器、家庭用電子機器、測定装置、組立ロボット等の産業用電子機器、医療用電子機器、電子玩具等の小型化を容易にする半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention also relates to a semiconductor device that facilitates miniaturization of industrial electronic devices such as information communication devices, office electronic devices, household electronic devices, measuring devices, and assembly robots, medical electronic devices, and electronic toys, and a method for manufacturing the same. Is.
以下、従来の半導体装置について図面を参照しながら説明する。図8は従来の半導体装置の平面図である。図9は従来の半導体装置の断面図であり、図8のD−D’線部分の断面を示している。図8および図9において、従来の半導体装置の構成について説明する。 Hereinafter, a conventional semiconductor device will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a plan view of a conventional semiconductor device. FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device, showing a cross section taken along line D-D ′ of FIG. 8. 8 and 9, the structure of a conventional semiconductor device will be described.
まず、図8および図9に示すように従来の半導体装置は、半導体素子2の表面電極上に突起電極1を形成し、突起電極1が形成された面が下になるように半導体素子2を絶縁基体とした多層回路基板である半導体キャリア3上に搭載している。半導体キャリア3の上面には半導体素子2との電気的接続のために複数の電極4を形成し、電極4と半導体素子2上に形成された突起電極1が導電性接着剤5により電気的に接続されている。半導体素子2と半導体キャリア3との間の隙間に半導体素子2の周辺端部から封止樹脂6を注入し、半導体素子2と半導体キャリア3間および半導体素子2の周辺端部を封止樹脂6によって充填被覆されている。
このような構造を有する半導体装置では、樹脂注入辺において、半導体素子2の端から半導体キャリア3端までの距離を十分確保しないと、封止樹脂6を注入する際に封止樹脂6が半導体キャリア3の側面や裏面に回りこみ、封止樹脂6の回り込みによる製品不良が発生する。
In the semiconductor device having such a structure, when the distance from the end of the
また、半導体素子2の表面電極の狭ピッチ化に伴い、突起電極1の小型化および半導体キャリア3の電極4の幅の細線化により、半導体素子2と半導体キャリア3の接続部分での接続領域が減少し、機械的接続強度が低下するため、半導体素子2の周辺端部を被覆する封止樹脂6の平面形状の凹凸が半導体素子2の各辺に対し大きくなると、半導体素子2の端周辺に発生する応力が不均一になり、半導体素子2と半導体キャリア3の接続部分で接続抵抗値の上昇並びに、機械的接続強度の劣化や破壊が発生する確率が高くなり、品質・信頼性を損なう問題が発生する可能性がある。
Further, as the pitch of the surface electrodes of the
本発明は、上記問題を解決するために、半導体キャリア3の周辺端部に線状、或いは面状の突起部10を形成することで、封止樹脂6を注入する際に封止樹脂6が半導体キャリア3の側面や裏面に回りこむことを防止し、
また半導体素子2の外周端部を被覆する封止樹脂6の平面形状を半導体素子2の各辺に対し、平行に形成することで、半導体素子2の各辺の接続部分に発生する応力を均一化し、接続性を安定化し、高い品質・信頼性を実現できる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
In order to solve the above problem, the present invention forms a linear or
Further, by forming the planar shape of the sealing
この発明の半導体装置は、絶縁性基板を有しその上面に電極4を有する半導体キャリア3と、前記電極4に突起電極1により接合された半導体素子2と、前記半導体素子2と前記半導体キャリア3との間の隙間に前記半導体素子2の周辺端部から注入されて前記半導体素子2と前記半導体キャリア3間および前記半導体素子2の周辺端部に充填被覆された封止樹脂6とを備えた半導体装置であって、前記半導体キャリア3上の表面上で前記半導体素子2の樹脂注入辺側に前記封止樹脂6をせき止める突起部10を形成したことを特徴とするものである。
The semiconductor device according to the present invention includes a
上記構成において、前記突起部10は前記半導体素子2の前記樹脂注入辺以外の三辺に対向する前記半導体キャリア3表面上にも形成されている。
In the above configuration, the
上記構成において、前記半導体素子2の前記樹脂注入辺側の前記突起部10と前記樹脂注入辺との間の距離は、前記半導体素子2の前記樹脂注入辺以外の三辺とこれに対向する前記突起部10との距離よりも大きい。
In the above-described configuration, the distance between the
この発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子2の表面電極に突起電極1を形成する工程と、前記突起電極1が接合される電極4を有する絶縁性基板からなる半導体キャリア3の周辺端部に線状或いは面状の突起部10を形成する工程と、前記半導体素子2上の前記突起電極1と前記突起電極1に対応した前記半導体キャリア3の前記電極4とを接続する工程と、前記半導体素子2と前記半導体キャリア3との間に形成された隙間に前記半導体素子2の周辺部の前記突起部10側から封止樹脂6を注入し、前記封止樹脂6を硬化させる工程とを含むものである。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を得ることが可能である。 As described above in detail, according to the present invention, the following effects can be obtained.
半導体素子2の樹脂注入辺に対し、半導体キャリア3の周辺端部の表面上で半導体素子2の樹脂注入辺に例えば平行に線状或いは面状の突起部10を形成することにより、半導体素子2と半導体キャリア3間に封止樹脂6を注入する際に、封止樹脂6が半導体キャリア3の側面や裏面に回りこむことを防止することが可能となり、封止樹脂6の回りこみによる不良発生を低減することが可能となる。
By forming, for example, a linear or
この場合、半導体素子2の端から半導体キャリア3の端の距離を小さくし、かつ封止樹脂6の平面形状を半導体素子2の樹脂注入辺に対し平行に形成すれば、半導体素子2の樹脂注入辺の接続部分に発生する応力を均一化し、接続性を安定化することが可能となり、品質・信頼性が高くかつ小型な半導体装置を実現することが可能となる。
In this case, if the distance from the end of the
半導体キャリア3の表面上で半導体素子2の樹脂注入辺以外の三辺においても、例えば半導体キャリア3の表面上で半導体素子2の各辺に平行に線状あるいは面状の突起部10を形成することにより、半導体素子2の周辺端部を被覆する封止樹脂6の平面形状を半導体素子2の各辺に対し、平行に形成することが可能となり、半導体素子2の各辺の接続部分に発生する応力を均一化し、接続性を安定化させることで高い品質・信頼性を実現することが可能となる。
On three surfaces other than the resin injection side of the
半導体キャリア3の表面上で半導体素子2の樹脂注入辺に対し、半導体素子2端から線状、或いは面状の突起部10までの距離を樹脂注入エリアが確保できるように、他の三辺と比較して距離が大きくなるよう、半導体素子2の樹脂注入辺の線状或いは面状の突起部10を形成することにより、半導体素子2と半導体キャリア3との間の隙間に封止樹脂6を注入する際に、封止樹脂6の注入が容易になり、生産性の高い半導体装置を実現することが可能となる。
With respect to the resin injection side of the
以下、本発明の第1の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は本実施形態にかかる半導体装置の平面図である。図2は本実施形態にかかる半導体装置の断面図であり、図1のA−A’線部分の断面を示している。図1および図2において、第1の実施形態にかかる半導体装置の構成について説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment, showing a cross section taken along line A-A ′ of FIG. 1. 1 and 2, the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment will be described.
図1および図2に示す半導体装置は、上面に複数の電極4と電極4に接続された配線パターンを有すると共に、電極4および配線と電気的に接続された外部接続用端子7を底面に有した絶縁性基板からなる半導体キャリア3と、半導体キャリア3の上面の複数の電極4に対して導電性を有する複数の突起電極1により接合された半導体素子2と、半導体素子2と半導体キャリア3との間の隙間に半導体素子2の周辺端部の一辺から封止樹脂6を注入し、半導体素子2と半導体キャリア3間および半導体素子2の周辺端部を封止樹脂6で充填被覆している半導体装置である。なお、半導体キャリア3は、セラッミク基板等のアルミナ系や窒化アルミナ系からなる絶縁性の単層および多層回路基板等を用いる。
The semiconductor device shown in FIGS. 1 and 2 has a plurality of
また、突起電極1には、半田バンプやAuバンプ8等の金属バンプを用い(図7(a)参照)、Auバンプ8を用いた場合、半導体キャリア3の上面の複数電極4と半導体素子2の表面電極間での接合には、Auバンプ8上にAgペースト等の導電性接着剤5を供給し、半導体素子2の表面を下にして半導体キャリア3上に搭載し、導電接着剤5を硬化することで、半導体キャリア3と半導体素子2間での電気的および機械的接続を確保している。また、封止樹脂6には、低粘度のエポキシ系の封止樹脂6とか液状の封止樹脂6を使用することで、半導体素子2と半導体キャリア3との間の隙間に半導体素子2の周辺端部から封止樹脂6を注入し、半導体素子2と半導体キャリア3間および半導体素子2の周辺端部を封止樹脂6で充填被覆している。
Further, metal bumps such as solder bumps and
この発明における第1の実施形態としては、図1および図2に示すように、半導体キャリア3の周辺端部において、半導体素子2の樹脂注入辺側に半導体素子2の樹脂注入辺に平行に線状、或いは面状の突起部10を形成することである。なお、半導体キャリア3の外周端部の線状、或いは面状の突起部10については、アルミナ系や窒化アルミナ系等の絶縁材料をシート状で積層する方法を用いて形成したり、或いは絶縁材料や有機系の材料を用いて、ペースト状態でのスクリーン印刷やディスペンス方式の塗布等により、形成することが可能となる。
As a first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, a line parallel to the resin injection side of the
この発明の第2の実施形態を図3および図4に示す。第1の実施の形態において、半導体キャリア3の樹脂注入辺以外の三辺において、半導体キャリア3の表面上で半導体素子2の各辺に平行に線状、或いは面状の突起部10を形成したものである。なお、線状、或いは面状の突起部10の形成においては、第1の実施形態と同一の方法を用いることが可能である。この実施の形態によれば、封止樹脂6の平面形状が半導体素子2の全周にわたって各周辺に平行に形成される。
A second embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the first embodiment, linear or
この発明の第3の実施形態を図5および図6に示す。第2の実施の形態において、半導体素子2の樹脂注入辺側に対し、樹脂注入エリアが確保できるよう、半導体素子2の端から線状、或いは面状の突起部10までの距離を、他の三辺における半導体素子2の端から突起部10までの距離と比較して、大きくしている。これにより、半導体素子2と半導体キャリア3との間の隙間に封止樹脂6を注入する際に、封止樹脂6の注入が容易になり、生産性の高い半導体装置を実現することが可能となる。
A third embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the second embodiment, the distance from the end of the
また、半導体キャリア3の周辺端部に線状、或いは面状の突起部10を形成することで、半導体キャリア3表面上に露出した配線パターンを被覆することが可能となり、配線パターンの露出エリアを低減することで、結露や人体接触等の影響による配線パターンの腐食を防止し、配線パターン間でのマイグレーションの発生等の不具合を防止することが可能となる。
Further, by forming the linear or
次に、本発明の半導体装置の製造方法の実施の形態について、第1の実施の形態を例として、図7(a)〜(d)を参照しながら説明する。図7(a)は、半導体素子2の表面電極上にAuバンプ8を形成する工程を示す図である。図7(b)〜図7(d)は本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を工程別に示した部分断面図である。
Next, a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A to 7D, taking the first embodiment as an example. FIG. 7A is a diagram illustrating a process of forming the
まず、図7(a)に示すように、ワイヤーボンディング法(ボールボンディング法)を用いて、露出した半導体素子2の電極4上にAuバンプ8(Au二段突起)を形成する。この方法は、キャピラリー9より出たAuワイヤーの先端に形成したボールをアルミニウム電極に熱圧接することにより、二段突起の下段部を形成し、さらにキャピラリー9を移動させることにより形成したAuワイヤーループをもって、二段突起の上段部を形成する。この状態においては、Au二段突起の高さは均一でなく、また頭頂部の平坦性にも欠けているために、Au二段突起を加圧することにより高さの均一化ならびに頭頂部の平坦化、いわゆるレベリングを行う。
First, as shown in FIG. 7A, Au bumps 8 (Au two-stage protrusions) are formed on the exposed
次に、回転する円盤上にドクターブレード法を用いて適当な厚みにAg−Pdを導電物質として含有する導電性接着剤5を塗布する。この際、導電性接着剤5にAuバンプ8を設けた半導体素子2を押し当てた後に引き上げる方法、いわゆる転写法によって、図7(b)に示すように、Auバンプ8に導電性接着剤5を供給する。導電性接着剤5としては、信頼性および熱応力などを考慮して例えばバインダーとしてエポキシレジン、導体フィラーとしてAg−Pd合金によりなる接着剤5を用いている。
Next, the
次に図7(c)に示すように、半導体素子2の表面を下にして実装する方法であるフリップチップ方式によって半導体素子2上の導電性接着剤5が供給されたAuバンプ8と、半導体キャリア3の表面上の外周端部に線状、或いは面状の突起部10を形成し、底面に外部接続用端子7が一定の間隔で格子状に形成されている半導体キャリア3上の電極4とを位置精度よく合わせて接合した後、一定の温度にて熱硬化させる。
Next, as shown in FIG. 7C, the
次に、図7(d)に示すようにエポキシ系の封止樹脂6を半導体素子2の周辺端部と、半導体素子2と半導体キャリア3との間に形成された隙間に注入し、一定の温度にて硬化させて樹脂モールドする。この樹脂モールドの方法としては、封止樹脂6を注入ノズルを用いて一方向すなわち突起部10側から半導体素子2と半導体キャリア3との間に形成された隙間に注入し、隙間を埋めてから半導体素子2の周辺端部を封止する。封止樹脂6としてエポキシ系樹脂に高熱伝導セラミックである窒化アルミニウム(AlN)もしくは窒化珪素(SiC)等をフィラーとして添加したものを用いる。封止樹脂6の供給後、オーブン中で加熱をすることにより封止樹脂6を硬化させる。なお、半導体素子2の周辺端部を被覆する封止樹脂6の傾斜面は、半導体素子2の端面から半導体キャリア3の平面に対し、60度以下の角度で形成されている。
Next, as shown in FIG. 7 (d), an epoxy-based
図1から図6に示すように、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体キャリア3の外周端部に線状、或いは面状の突起部10を形成する工程を有する半導体装置の製造方法である。半導体キャリア3の外周端部の線状、或いは面状の突起部10の形成については、アルミナ系や窒化アルミナ系等の絶縁材料をシート状で積層する方法を用いたり、或いは絶縁材料や有機系の材料を用いて、ペースト状態のスクリーン印刷やディスペンス方式の塗布 等により、形成することが可能となる。
As shown in FIGS. 1 to 6, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a linear or
なお、本実施の形態では、半導体キャリア3の表面上に形成した線状あるいは面状の突起部10について、樹脂注入辺以外の線状あるいは面状の突起部10においては、半導体素子2の端から線状あるいは面状の突起部10までの距離を0.5mm以下とし、封止樹脂6を注入する辺においては、半導体素子2の端から線状あるいは面状の突起部10までの距離を1.0mm以下になるよう、線状あるいは面状の突起部10を形成することとした。
In the present embodiment, the linear or
本発明にかかる半導体装置およびその製造方法は、半導体素子2の外周部を被覆する封止樹脂6の平面形状を制御することが可能となり、封止樹脂6が半導体キャリア3の側面や裏面に回りこむことを防止でき、封止樹脂6の回りこみによる不良発生を低減することが可能となる等の効果があり、より小型化が必要な情報通信機器等に用いる半導体装置およびその製造方法として有用である。
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention can control the planar shape of the sealing
1 突起電極
2 半導体素子
3 半導体キャリア
4 電極
5 導電性接着剤
6 封止樹脂
7
8 Auバンプ
9 キャピラリー
10 線状あるいは面状の突起部
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8
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