JP2005217069A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置の製造歩留りを向上する。
【解決手段】半導体装置は、配線基板４と、配線基板４に搭載された半導体チップと、半導体チップと配線基板４の間のアンダーフィル樹脂を有している。配線基板４は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１の一方の主面に形成された導体パターン１３と、導体パターン１３を覆うように形成された半田レジスト層１４とを有している。絶縁基板１１には複数の開口部２１が設けられ、各開口部２１から露出する導体パターン１３によりランド２３ｂが形成され、各ランド２３ｂには半田ボール１８が接続されている。半田レジスト層１４には開口部２１と重なる位置に複数の開口部２２が設けられ、各開口部２２から露出する導体パターン１３によりランド２３ａが形成されている。半田レジスト層１４の開口部２２は絶縁基板１１の開口部２１よりも小さく、ランド２３ａはランド２３ｂよりも小さい。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、半導体チップを搭載した配線基板を積層可能な積層型の半導体装置に適用して有効な技術に関する。
特開平９−２８３６９７号公報には、半導体チップが実装された実装基板を基板接続用バンプを用いて４段にスタックし、各実装基板に実装した半導体チップとその上段の実装基板の裏面との間に波形状の銅製の放熱部材が熱的に、その弾力で接触するように設置する技術が記載されている（特許文献１参照）。
特開平９−２８３６９７号公報
本発明者の検討によれば、新たに次のことが分かった。
半導体チップを搭載した配線基板を上下に複数積層して積層型の半導体パッケージを製造する場合、配線基板の両面の平面的に重なる位置に複数の端子を設けておき、上段側の配線基板の下面の端子と、下段側の配線基板の上面の端子とを半田ボールで接続する。配線基板は、絶縁基板の片面に銅箔からなる配線パターンを形成し、その配線パターンを覆うように半田レジスト膜を設けることで製造でき、絶縁基板の開口部から露出する配線パターンにより配線基板の上面に端子を形成し、半田レジスト膜の開口部から露出する配線パターンにより配線基板の下面に端子を形成することができる。絶縁基板の開口部と半田レジスト膜の開口部とを同じ大きさにして配線基板の上面側の端子と下面側の端子とを同じ大きさにした場合、配線基板の両面で露出する銅箔の同じ位置に応力が集中しやすくなり、クラックが発生するなどして端子や配線パターンに断線などが生じる可能性がある。これは、半導体装置の製造歩留りを低下させる。
本発明の目的は、半導体装置の製造歩留りを向上することができる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目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
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、次のとおりである。
本発明は、半導体チップを搭載する配線基板を絶縁基板と、絶縁基板の一方の主面上に設けられた導体パターンと、導体パターンを覆うように設けられた絶縁層とにより形成し、絶縁基板の開口部から露出する導体パターンにより形成される端子の大きさと、絶縁層の開口部から露出する導体パターンにより形成される端子の大きさとを異なるようにするものである。
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以下のとおりである。
半導体装置の製造歩留りを向上することができる。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
本実施の形態の半導体装置を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である半導体装置１の上面図、図２はその下面図、図３はその断面図（全体断面図）、図４はその要部断面図（部分拡大断面図）、図５はその要部平面（上面）図、図６はその要部平面（下面）図である。図１のＡ−Ａ線の断面が図３にほぼ対応し、図３の端部近傍領域の拡大図が図４にほぼ対応する。また、図５は図１の端部近傍領域の拡大図に対応し、図６は図２の端部近傍領域の拡大図に対応するが、理解を簡単にするために、図５においては半田１８の図示を省略し、図６においては半田ボール６の図示を省略している。図７は、図１〜図６に示される半導体装置１と同様の構成を有する複数の半導体装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを積層した（積み重ねた）積層構造の半導体装置２を示す断面図（全体断面図）である。図８は、複数の半導体装置１を積層する様子を説明するための要部断面図（説明図）であるが、図４とは異なる断面が示されている。
図１〜図６に示される半導体装置１は、半導体チップ３がフリップチップ接続によって配線基板４に搭載（接続、実装）された構造を有し、複数の半導体装置１を積層可能な積層型の半導体パッケージ（半導体装置）である。
半導体装置１は、半導体チップ３と、配線基板４と、半導体チップ３と配線基板４との間を満たすアンダーフィル樹脂（封止樹脂）５と、配線基板４に接続された半田（はんだ）ボール６とを有している。
配線基板４は、絶縁基板（絶縁性の基材層、絶縁体材料からなる基板、絶縁体基板）１１と、絶縁基板１１の一方の主面（第１主面）１２ａに形成された導体パターン（導体膜パターン、配線、配線パターン、配線層）と、絶縁基板１１の主面１２ａ（の一部）の上に導体パターン１３を覆うように形成された絶縁層（絶縁体層）としての半田レジスト層（絶縁層）１４とを有している。絶縁基板１１は、例えばポリイミドのような樹脂材料（例えば熱可塑性樹脂材料）など（の絶縁体材料）からなり、比較的薄い（例えば５０μｍ程度の厚みの）フィルム（テープ）状の基板であり、可撓性を有している。このため、絶縁基板１１はフィルム基板（テープ基板）またはフレキシブル基板であり、あるいは配線基板４はフレキシブル配線基板である。導体パターン１３は配線基板４の配線または配線層となる導体パターンであり、例えば銅箔などの導電性材料（導体膜）からなる。導体パターン１３を構成する銅箔（導体膜）は接着材（図示せず）を介して絶縁基板１１に接着されている。半田レジスト層１４は、導体パターン１３を保護する絶縁層（絶縁膜）としての機能を有しており、例えば熱硬化性の有機系樹脂材料（絶縁体材料）などからなる。半田レジスト層１４は、配線基板４の周辺領域において導体パターン１３を覆うように形成されている。半田レジスト層１４の厚みが絶縁基板１１の厚みよりも薄ければより好ましく、これにより配線基板４の全厚みを薄くして、半導体装置１の薄型化を図ることができる。半田レジスト層１４の厚みは、例えば２０μｍ程度とすることができ、導体パターン１３を構成する銅箔（導体膜）の厚みは、例えば１８μｍ程度とすることができ、絶縁基板１１に導体パターン１３を接着する接着材層（図示せず）の厚みは、例えば１２μｍ程度とすることができる。このため、配線基板４の全厚みは、例えば１００μｍ程度とすることができる。
絶縁基板１１には複数の開口部（第１開口部、ビア、貫通孔）２１が設けられており、絶縁基板１１の各開口部２１から導体パターン１３の一部が露出している。半田レジスト層１４には複数の開口部（第２開口部、ビア、貫通孔）２２が設けられており、半田レジスト層１４の各開口部２２から導体パターン１３の一部が露出している。
導体パターン１３のうち、半田レジスト層１４の開口部２２から露出する部分により、導電性のランド（電極、パッド、端子）２３ａが形成されている。このため、絶縁基板１１の主面（第１主面）１２ａに対応する配線基板４の導体パターン１３形成側の主面（第１主面）１６ａにおいて、周辺領域（半導体チップ３搭載領域の周囲の領域）に、端子として機能する複数のランド２３ａが配置または配列されていることになる。ランド２３ａは、配線基板４の主面１６ａ側から接続可能な端子である。すなわち、ランド２３ａは半田ボール６を搭載または接続するための端子であり、各ランド２３ａには半田ボール６が接続されている。半田ボール６は半導体装置１の外部接続端子として機能することができる。また、複数の半導体装置１を積層する場合は、半田ボール６は、下層側の半導体装置１に接続するための突起電極として機能することができる。半田ボール６は、例えばＰｂ（鉛）フリー半田からなる。
導体パターン１３のうち、絶縁基板１１の開口部２１から露出する部分により、導電性のランド（電極、パッド、端子）２３ｂが形成されている。このため、配線基板４（絶縁基板１１）の導体パターン１３を形成した側とは逆側の主面（第２主面）１６ｂの周辺領域に、端子として機能する複数のランド２３ｂが配置または配列されていることになる。ランド２３ｂは、配線基板４（絶縁基板１１）の主面１６ｂ側から接続可能な端子である。すなわち、ランド２３ｂは、半導体装置１上に他の半導体装置１を積層（搭載）する際に、上層（上段）側の他の半導体装置１の半田ボール６に接続するための端子である。このため、ランド２３ａは半田ボール供給用パッドであり、ランド２３ｂは半田ボール受け用パッドである。また、ランド２３ｂ上に半田（半田ペースト）１８を供給（付与または配置）しておくことが好ましい。ランド２３ｂ上にも半田１８を供給しておくことで、半導体装置１上に他の半導体装置１を積層（搭載）する際に、上層側の他の半導体装置１の半田ボール６を下層側の半導体装置１のランド２３ｂに接続することが容易になる。
このように、導体パターン１３を構成する導体膜の上下（表裏）両面のうち、開口部２２で露出する面がランド２３ａを形成し、開口部２３で露出する面がランド２３ｂを形成する。絶縁基板１１の各開口部２１と半田レジスト層１４の各開口部２２とは、平面的に重なる（対応する）ような位置に設けられている。このため、ランド２３ａとランド２３ｂとも平面的に重なる（対応する）ような位置に設けられ、配列することになる。絶縁基板１１の開口部２１の大きさ（直径）によってランド２３ｂの大きさ（直径Ｄ2）が規定され、半田レジスト層１４の開口部２２の大きさ（直径）によってランド２３ａの大きさ（直径Ｄ1）が規定される。
本実施の形態では、図４〜図６などからも分かるように、互いに平面的に重なるような位置にある開口部２１と開口部２２において、絶縁基板１１の開口部２１の大きさ（直径）と半田レジスト層１４の開口部２２の大きさ（直径）とが異なっている。このため、互いに平面的に重なるような位置にあるランド２３ａとランド２３ｂにおいて、ランド２３ａの大きさ（直径Ｄ1）とランド２３ｂの大きさ（直径Ｄ2）とが異なっている。また、絶縁基板１１の開口部２１（の直径）よりも半田レジスト層１４の開口部２２（の直径）を小さくしてランド２３ｂ（の直径Ｄ2）よりもランド２３ａ（の直径Ｄ1）を小さくする（Ｄ1＜Ｄ2）ことが好ましく、絶縁基板１１の開口部２１の直径と半田レジスト層１４の開口部２２の直径との差を５０μｍ以上にしてランド２３ｂの直径Ｄ2とランド２３ａの直径Ｄ1との差を５０μｍ以上にすれば（すなわちＤ2−Ｄ1≧５０μｍとすれば）更に好ましい。これにより、導体パターン１３（ランド２３ａ，２３ｂを含む）を構成する導体膜（銅箔）における応力の集中位置をずらす（分散する）ことができ、導体パターン１３（ランド２３ａ，２３ｂを含む）に断線などが生じるのを抑制または防止することができる。一例として、絶縁基板１１の開口部２１の直径によって規定されるランド２３ｂの直径Ｄ2を３００μｍとし、半田レジスト層１４の開口部２２によって規定されるランド２３ａの直径Ｄ1を２５０μｍとすることができる。
また、絶縁基板１１の各開口部２１と半田レジスト層１４の各開口部２２とは平面的に重なる（対応する）ような位置に設けられているので、開口部２１，２２によって規定されるランド２３ａとランド２３ｂとは同じピッチＰ1で配置されている。また、半田ボール６はランド２３ａに接続されているので、半田ボール６もランド２３ａ，２３ｂと同じピッチＰ1で配線基板４の主面１６ａに配置されている。本実施の形態では、ランド２３ａとランド２３ｂのうちの小さい方（ここではランド２３ａ）の直径は、そのランド（ここではランド２３ａ）のピッチＰ1の半分以下（すなわちＤ1≦Ｐ1×０．５またはＤ2≦Ｐ1×０．５）であることが好ましい。これにより、ランド２３ａ上に形成される半田ボール６の幅を小さくして、隣り合う半田ボール６が接触するのを防止し、半田ボール６間がショートするのを防止することができる。このため、半導体装置の製造歩留まりを向上することができる。一例として、ランド２３ａ（ランド２３ｂ）のピッチＰ1を５００μｍとし、ランド２３ａの直径Ｄ1（半田レジスト層１４の開口部２２の直径にも対応）を２５０μｍとすることができる。
半導体チップ３は、例えば、単結晶シリコンなどからなる半導体基板（半導体ウエハ）に種々の半導体素子または半導体集積回路を形成した後、必要に応じて半導体基板の裏面研削を行ってから、ダイシングなどにより半導体基板を各半導体チップ３に分離したものである。半導体チップ３の表面には、フリップチップ接続用の突起電極である複数の金バンプ（突起電極）３ａが形成されている。金バンプ３ａは、例えば、ワイヤボンディング技術を応用して形成されたスタッドバンプ（金スタッドバンプ）であるが、メッキや半田によって形成されたバンプ電極を用いることもできる。金バンプ３ａは、半導体チップ３に形成された半導体素子または半導体集積回路に電気的に接続されている。
半導体チップ３はフリップチップ接続によって配線基板４の導体パターン１３形成側の主面１６ａ（絶縁基板１１の主面１２ａに対応）に搭載され、半導体チップ３の各金バンプ３ａは、配線基板４の導体パターン１３の一部により形成されたランド（電極、パッド、端子）に電気的に接続されている。このため、半導体チップ３に形成された半導体素子または半導体集積回路は、金バンプ３ａ、導体パターン１３およびランド２３ａを介して半田ボール６に電気的に接続されることになる。従って、半田ボール６は半導体装置１の外部端子として機能することができる。
アンダーフィル樹脂５は、例えば熱硬化性樹脂材料などの樹脂材料などからなり、フィラーなどを含むこともできる。例えば、フィラーを含むエポキシ樹脂などを用いてアンダーフィル樹脂５を形成することもできる。アンダーフィル樹脂５により、半導体チップ３の電極３ａと配線基板４の接続部（フリップチップ接続部、半導体チップ３の金バンプ３ａと配線基板４の導体パターン１３の接続部）が封止され、保護される。また、配線基板４（絶縁基板１１）には、半導体チップ３搭載領域のほぼ中央部に、その一方の主面から反対側の主面まで貫通する開口部（貫通孔）２７が設けられており、半導体装置１の製造工程において、アンダーフィル樹脂５形成用の封止用樹脂をこの開口部２７を介して半導体チップ３と配線基板２との間に注入することができる。このため、配線基板４の開口部２７もアンダーフィル樹脂５を構成する樹脂材料で満たされている。
また、図８および図９に示されるように、上記のような構成の半導体装置１とほぼ同様の構成を有する複数の半導体装置（構造体）１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを積層することで、積層構造の半導体装置（半導体パッケージ）２を得ることが可能である。
すなわち、半導体装置１は、配線基板４の両面（主面１６ａ，１６ｂ）の平面的に重なる位置に複数の端子（ランド２３ａ，２３ｂ）を設けたことにより、半導体装置１上に他の半導体装置１を積層可能な積層型の半導体装置となっており、図８などからも分かるように、上層側の半導体装置１の配線基板４の下面（主面１６ａ）の端子（ランド２３ａ）と、下層側の半導体装置１の配線基板４の上面（主面１６ｂ）の端子（ランド２３ｂ）とを半田ボール６（および半田１８）で接続することが可能である。
図９に示されるような積層構造の半導体装置２において、最上層（最上段）の半導体装置１ｄの半田ボール６は、その下層（下段）の半導体装置１ｃの配線基板４のランド２３ｂに接続され、半導体装置１ｃの半田ボール６は、その下層の半導体装置１ｂの配線基板４のランド２３ｂに接続され、半導体装置１ｂの半田ボール６は、その下層の半導体装置１ａの配線基板４のランド２３ｂに接続されている。最下層の半導体装置１ａの半田ボール６を、図示しない実装基板（外部基板、マザーボード）の導体部（端子）に接続することで、積層構造の半導体装置２を図示しない実装基板に実装することができる。従って、半導体装置１ａ〜１ｄ間を接続する半田ボール６は各半導体装置１ａ〜１ｄ間を接続するための突起電極として機能し、最下層の半導体装置１ａの半田ボール６は、半導体装置２の外部端子として機能することができる。積層型の半導体装置２において、上層側の半導体装置１の配線基板４のランド２３ａは、下層側の半導体装置１の配線基板４のランド２３ｂと、半導体装置１の突起電極としての半田ボール６（および半田１８）を介して電気的に接続されることになる。また、半導体装置１ａ〜１ｄを積層する前に、各半導体装置１ａ〜１ｃの各ランド２３ｂ上に半田（半田ペースト）１８を供給しておけば、より好ましい。これにより、半導体装置１ａ〜１ｄを積層したときに、上層側の半導体装置１の半田ボール６と下層側の半導体装置１のランド２３ｂ上の半田１８とが接触し、その後のリフロー処理により、上層側の半導体装置１のランド２３ａと下層側の半導体装置１のランド２３ｂとが半田ボール６（およびランド２３ｂ上に供給した半田１８）によって、より確実に接続され得る。
本実施の形態の半導体装置１、あるいは複数の半導体装置１を積層した半導体装置２では、上記のように、互いに平面的に重なるような位置にあるランド２３ａとランド２３ｂにおいて、ランド２３ａの大きさ（直径）とランド２３ｂの大きさ（直径）とが異なるようにし、好ましくはランド２３ｂ（の直径）をランド２３ａ（の直径）よりも大きくしている。
図９は、比較例の半導体装置の要部断面図であり、本実施の形態の図４に対応する。本実施の形態とは異なり、図９の比較例のように、互いに平面的に重なるような位置にあるランド２３ａとランド２３ｂにおいて、ランド２３ａの大きさ（直径）とランド２３ｂの大きさ（直径）とを同じにした場合（すなわち絶縁基板１１の開口部２１と半田レジスト層１４の開口部２２の大きさを同じにした場合）、開口部２１，２２から露出する導体パターン１３であるランド２３ａ，２３ｂにおいて応力が集中してしまう。例えば図９の領域３０で応力が集中してしまう。配線基板４は絶縁基板１１の片面（片方の主面１２ａ）に銅箔などの薄い導体膜からなる導体パターン１３を形成したものであり、ランド２３ａ，２３ｂでは、銅箔が絶縁基板１１によって保持されず、銅箔が両面で露出した状態にある。互いに平面的に重なるような位置にある絶縁基板１１の開口部２１と半田レジスト層１４の開口部２２との大きさを同じにし、ランド２３ａとランド２３ｂの大きさを同じにすると、両面（開口部２１，２２）で露出する銅箔（ランド２３ａ，２３ｂを構成する銅箔）の同じ位置（領域３０）に応力が集中しやすくなり、銅箔にクラックまたは断線が発生するなどして導体パターン１３（ランド２３ａ，２３ｂを含む）に断線などが生じる可能性がある。
それに対して、本実施の形態では、互いに平面的に重なるような位置にある絶縁基板１１の開口部２１と半田レジスト層１４の開口部２２の大きさ（直径）を異なるものとし、ランド２３ａの大きさ（直径Ｄ1）とランド２３ｂの大きさ（直径Ｄ2）とを異なるものとすることで、ランド２３ａ，２３ｂ（導体パターン１３）を構成する導体膜（銅箔）における応力の集中位置をずらす（分散する）ことができる。例えば半田レジスト層１４の開口部２２を絶縁基板１１の開口部２１よりも小さくしてランド２３ａをランド２３ｂよりも小さくすることで、絶縁基板１１の開口部２１から露出する導体膜（銅箔）に半田レジスト層１４を被せてランド２３ａ，２３ｂ（導体パターン１３）を構成する導体膜（銅箔）における応力の集中位置をずらして（分散して）その導体膜（銅箔）の強度を高めることができる。このため、両面（開口部２１，２２）で露出する導体膜（ランド２３ａ，２３ｂを構成する導体膜）の同じ位置に応力が集中するのを防止し、クラックなどが発生しないようにして、導体パターン１３（ランド２３ａ，２３ｂを含む）に断線などが生じるのを抑制または防止することができる。従って、半導体装置の製造歩留りを向上することができる。また、このような効果は、ランド２３ｂの直径Ｄ2とランド２３ａの直径Ｄ1との差を５０μｍ以上とすれば（すなわち｜Ｄ2−Ｄ1｜≧５０μｍとすれば）より有効となる。
また、絶縁基板１１に開口部２１を形成する際の開口部２１の位置の加工精度（例えば１５μｍ程度）に比較して、半田レジスト層１４に開口部２２を形成する際の開口部２２の位置の加工精度（例えば５０μｍ程度）の方が低くなりやすい。このため、半田レジスト層１４の開口部２２がずれやすいので、絶縁基板１１の開口部２１と半田レジスト層１４の開口部２２のうち、半田レジスト層１４の開口部２２を絶縁基板１１の開口部２１よりも小さくしておく（すなわちランド２３ａをランド２３ｂよりも小さく（Ｄ1＜Ｄ2）する）ことがより好ましく、これにより、半田レジスト層１４の開口部２２がずれたとしても、互いに平面的に重なるような位置に開口部２１と開口部２２を的確に形成することが可能になる。このように、半田レジスト層１４の開口部２２のずれを見越してその分半田レジスト層１４の開口部２２を絶縁基板１１の開口部２１よりも小さくし、ランド２３ａがランド２３ｂよりも小さくなるようにしておくことで、互いに平面的に重なるような位置にランド２３ａとランド２３ｂを的確に形成でき、また、ランド２３ａ，２３ｂのピッチを小さくすることも可能になる。また、上記のように絶縁基板１１の開口部２１から露出する導体膜（銅箔）に半田レジスト層１４を被せてランド２３ａ，２３ｂ（導体パターン）を構成する導体膜（銅箔）における応力の集中位置をずらして（分散して）その導体膜の強度を高めることができる。このため、半導体装置の製造歩留りを向上することができる。また、これらの効果は、ランド２３ｂの直径Ｄ2とランド２３ａの直径Ｄ1の差を５０μｍ以上にして、ランド２３ｂの直径Ｄ2をランド２３ａの直径Ｄ1よりも５０μｍ以上大きくすれば（すなわちＤ2−Ｄ1≧５０μｍとすれば）より有効となる。
また、本実施の形態では、配線基板４の主面１６ａのランド２３ａと主面１６ｂのランド２３ｂとを、平面的に重なるような位置に設けているので、複数の半導体装置１（例えば半導体装置１ａ〜１ｄ）を積層したときに、上層側の半導体装置１のランド２３ａに接続した半田ボール６を下層側の半導体装置１のランド２３ｂに的確に接続することができる。このため、半導体装置１を用いて積層構造の半導体装置（例えば半導体装置２）を容易に製造することができる。
また、上記のような両面（開口部２１，２２）で露出する導体膜（ランド２３ａ，２３ｂを構成する導体膜）の同じ位置に応力が集中して、クラックや断線が導体パターン１３（ランド２３ａ，２３ｂを含む）に生じるという現象は、例えば半導体装置の製造工程中または半導体装置の使用中などに配線基板４を折り曲げた状態にするような場合に生じやすく、絶縁基板１１として可撓性を有する基板、例えばフレキシブル基板（テープ基板、フィルム基板）を用いた場合に顕著であり、また、絶縁基板１１の厚みが薄い場合、例えば絶縁基板１１の厚みが１００μｍ以下の場合に顕著である。このため、絶縁基板１１として可撓性を有する基板（フレキシブル基板）を用いた場合や、絶縁基板１１の厚みが薄い場合、例えば絶縁基板１１の厚みが１００μｍ以下の場合に本実施の形態を適用すれば、より有効である。
また、本実施の形態では、ランド２３ａとランド２３ｂのうちの小さい方（ここではランド２３ａ）の直径は、そのランド（ここではランド２３ａ）のピッチＰ1の半分以下（すなわちＤ1≦Ｐ1×０．５）としている。本実施の形態とは異なり、ランド２３ａの直径とランド２３ｂの直径のいずれもが大きいと、例えばランド２３ａの直径とランド２３ｂの直径のいずれもがランドのピッチＰ1の半分よりも大きいと、複数の半導体装置１を積層して積層型の半導体装置２を形成した場合などに、隣り合う半田ボール６同士が接触し、半田ボール６間がショートしてしまう可能性がある。これは、半導体装置の製造歩留まりを低下させてしまう。それに対して、本実施の形態では、ランド２３ａとランド２３ｂのうちの小さい方（ここではランド２３ａ）の直径を、そのランド（ここではランド２３ａ）のピッチＰ1の半分以下とすることで、ランド上に形成される半田ボール６の幅を小さくして、隣り合う半田ボール６同士が接触するのを防止し、半田ボール６間がショートするのを防止することができる。このため、半導体装置の製造歩留まりを向上することができる。
また、本実施の形態では、配線基板４の導体パターン１３形成側の主面１６ａに半導体チップ３を搭載している。このため、配線基板４（絶縁基板１１）にデバイスホールを形成する必要がなくなる。また、複数の半導体装置１（例えば半導体装置１ａ〜１ｄ）を積層して積層構造の半導体装置２を製造する場合、上下の半導体装置１の接続を確実なものとするために、絶縁基板１１の開口部２１で露出するランド２３ｂ上に迎え半田として半田１８を供給しておくことが好ましいが、本実施の形態のように半導体チップ３をランド２３ｂとは逆側の主面１６ａに搭載することで、配線基板４に半導体チップ３を搭載した後、ランド２３ｂ上に半田１８を例えば印刷法などの簡易な手法を用いて供給することが可能になる。また、本実施の形態のように、配線基板４の半田ボール６を接続した側の主面１６ａに半導体チップ３を搭載することで、半導体装置１の厚みを低減でき、半導体装置の薄型化が可能になる。
図１０は、半導体装置１のランド２３ｂの直径Ｄ2を固定（ここでは０．３ｍｍに固定）し、ランド２３ａの直径Ｄ1を変化させたときの半田ボール６の高さを示すグラフである。図１１は、半導体装置１のランド２３ｂの直径Ｄ2を固定（ここでは０．３ｍｍに固定）し、ランド２３ａの直径Ｄ1を変化させたときの半田ボール６の幅を示すグラフである。図１０および図１１には、ランド２３ａ上への半田ボール供給量（ランド２３ａ上に搭載する半田ボールの直径φ）を変え、各半田ボール供給量について、パッド２３ａの直径Ｄ1とランド２３ａ上に形成された半田ボール６の高さまたは幅の関係をシミュレーションした結果が示されている。図１０および図１１のグラフの横軸は、ランド２３ｂの直径Ｄ2に対応する。図１０のグラフの縦軸は、図７のような積層構造の半導体装置２において、上層側の半導体装置１のランド２３ａと下層側の半導体装置１のランド２３ｂとの間に形成され得る半田ボール６の高さに対応する。図１１のグラフの縦軸は、図７のような積層構造の半導体装置２において、上層側の半導体装置１のランド２３ａと下層側の半導体装置１のランド２３ｂとの間に形成され得る半田ボール６の幅に対応する。また、図１０には、積層構造の半導体装置２において、半田ボール６の高さが不足して上下の半導体装置１間に未接続不良が発生し得る領域（未接続不良発生領域、図１０のグラフでは半田ボール高さが０．１７ｍｍ以下の領域に対応）も示されている。また、図１１には、積層構造の半導体装置２において、半田ボール６の幅が大きくなりすぎて、隣り合う半田ボール６同士がショートする可能性がある領域（半田ボールショート不良発生領域、図１１のグラフでは半田ボール幅が０．４ｍｍ以上の領域に対応）も示されている。
図１０および図１１に示されるように、半導体装置１のランド２３ｂの直径Ｄ2を０．３ｍｍに固定したとき、半田ボール供給量をφ０．３３ｍｍ以下程度とし、半導体装置１のランド２３ａの直径Ｄ1を０．２５ｍｍ以下程度（例えば０．２〜０．２５ｍｍ程度）にすると、積層構造の半導体装置２における未接続不良や隣り合う半田ボール６同士のショート不良（半田ボールショート不良）が発生しないことが分かる。また、図１０に示されるように、半田ボール供給量が同じであっても、ランド２３ａの直径Ｄ1を小さくすることで、形成される半田ボール６の高さを高くすることができる。半田ボール６の高さを高くすることで、複数の半導体装置１（例えば半導体装置１ａ〜１ｄ）を積層した場合に上下の半導体装置１間の半田ボール６による接続をより確実なものとすることができ、未接続不良の発生を抑制または防止することができる。従って、半導体装置の製造歩留りを向上することができる。また、図１１に示されるように、半田ボール供給量が同じであっても、ランド２３ａの直径Ｄ1を小さくすることで、形成される半田ボール６の幅を小さくすることができる。半田ボール６の幅を小さくすることで、隣り合う半田ボール６同士のショート不良（半田ボールショート不良）の発生を抑制または防止することができる。従って、半導体装置の製造歩留りを向上することができる。
積層構造の半導体装置２では、半導体装置１ａ〜１ｄは半田ボール６を介して積層されているので、各半導体装置１ａ〜１ｄ間の接続を確実なものとするには、半田ボール６の高さなどを制御することが重要である。上記のように、上下のランド２３ｂとランド２３ａとでランド径（パッド径）を変えることで、少ない半田ボール供給量で高さの高い半田ボール６を形成することが可能になり、積層構造の半導体装置２において未接続不良が発生するのを防止することができる。また、上下のランド２３ｂとランド２３ａとでランド径（パッド径）を変えることで、少ない半田ボール供給量で形成した半田ボール６によって上下の半導体装置１を接続することが可能なので、半田ボール６の幅も低減でき、半田ショート不良（隣り合う半田ボール６同士のショート不良、半田ボールショート不良）の発生を防止することができる。従って、複数の半導体装置１ａ〜１ｄを積層して積層構造の半導体装置２を製造する際の製造歩留まりを向上することが可能になる。また、製造コストも低減できる。
次に、本実施の形態の半導体装置の製造工程について説明する。図１２は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す製造プロセスフロー図である。図１３は、本実施の形態の半導体装置の製造工程のうち、配線基板４を準備する工程を示す製造プロセスフロー図である。図１４および図１５は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す平面図（要部平面図）である。図１６〜図２１は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。図１６〜図２１は、上記図３にほぼ対応する断面が示されている。
配線基板４を準備し、半導体チップ３を準備する（ステップＳ１）。配線基板４は、次のようにして（すなわちステップＳ１ａ〜Ｓ１ｅのようにして）準備される。
まず、例えばポリイミドのような樹脂材料などからなり、例えばフィルム（テープ）基板である絶縁基板１１を準備し、絶縁基板１１に開口部２１と開口部２７を形成する（ステップＳ１ａ）。
次に、絶縁基板１１の一方の主面に接着材を介して銅箔などの導体膜を貼り付ける（ステップＳ１ｂ）。
次に、絶縁基板１１に貼り付けた銅箔をエッチングなどでパターニングして導体パターン１３を形成する（ステップＳ１ｃ）。導体パターン１３は、配線基板４の配線（配線層）を形成する導体パターンである。形成された導体パターン１３の一部が絶縁基板１１の開口部２１で露出してランド２３ｂとなる。図１４は、絶縁基板１１に導体パターン１３を形成した状態を示す平面図（そこから１つの半導体装置が形成される配線基板領域が示された要部平面図）に対応する。
次に、絶縁基板１１の導体パターン１３形成側の主面に半田レジスト層１４を塗布または形成する（ステップＳ１ｄ）。この際、半田レジスト層１４は、絶縁基板１１の半導体チップ３搭載予定領域の周辺領域において導体パターン１３を覆うように形成される。それから、エッチングなどにより半田レジスト層１４に開口部２２を形成する（ステップＳ１ｅ）。これにより、導体パターン１３の一部が半田レジスト層１４の開口部２２で露出してランド２３ａとなる。図１５は、ステップＳ１ｄ，Ｓ１ｅにより、絶縁基板１１上に、開口部２２を有する半田レジスト層１４を形成した状態を示す平面図（そこから１つの半導体装置が形成される配線基板領域が示された要部平面図）に対応し、図１４に対応する領域が示されている。
基板１１の各開口部２１と半田レジスト層１４の各開口部２２とは、平面的に重なる（対応する）ような位置に設けられているが、本実施の形態では、絶縁基板１１の開口部２１の大きさ（直径）と半田レジスト層１４の開口部２２の大きさ（直径）とが異なるように開口部２１と開口部２２とを形成し、好ましくは、絶縁基板１１の開口部２１（の直径）よりも、半田レジスト層１４の開口部２２（の直径）が小さくなるように開口部２１と開口部２２とを形成する。絶縁基板１１の開口部２１の直径と、半田レジスト層１４の開口部２２の直径の差が５０μｍ以上となるように開口部２１と開口部２２とを形成すれば更に好ましい。
上記ステップＳ１ａ〜Ｓ１ｅのようにして配線基板４が製造または準備される。一方、表面電極であるパッドにフリップチップ接続用の突起電極である金バンプ３ａが取り付けられた半導体チップ３を準備する。なお、この突起電極は、メッキや半田によるバンプ電極であってもよい。
配線基板４および半導体チップ３を準備した後、図１６に示されるように、チップマウント工程を行って半導体チップ３を配線基板４上に搭載する（ステップＳ２）。すなわち、配線基板４の導体パターン１３形成側の主面１６ａと半導体チップ３の金バンプ３ａ形成側の主面とを対向して配置し、半導体チップ３の突起電極である金バンプ３ａを配線基板４の導体パターン１３の一部により形成されるランドに対向させ、この状態で熱圧着を行ってＡｕ（金）−Ａｕ（金）接続あるいは、Ａｕ（金）−Ｓｎ（錫）接続などでフリップチップ接続する。これにより、半導体チップ３の金バンプ３ａが配線基板４の導体パターン１３に電気的に接続される。また、半導体チップ３の突起電極が半田によるバンプ電極の場合は、リフローによってフリップチップ接続する。
次に、図１７に示されるように、樹脂封止工程を行って、アンダーフィル樹脂５による封止を行う（ステップＳ３）。
その際、例えば、配線基板４の半導体チップ３搭載側とは逆側の主面１６ｂ側からアンダーフィル封止用の封止用樹脂をノズルなどを用いて開口部２７内に滴下し、これにより、開口部２７から封止用樹脂を注入して、半導体チップ３と配線基板４との間に封止用樹脂を供給してアンダーフィル樹脂５を形成する。
このように、配線基板４の主面１６ｂ側からこの基板の半導体チップ３搭載領域の中央付近に設けられた開口部２７に封止用樹脂を注入して半導体チップ３と配線基板４との間に封止用樹脂を供給することにより、半導体チップ３中央付近から封止用樹脂を流し込んで充填させてアンダーフィル樹脂５を形成するため、配線基板４の半導体チップ３の外側の領域に配置されたランド２３ａ，２３ｂにアンダーフィル樹脂５形成用の封止用樹脂が付着することを防止できる。これにより、半導体装置の品質の向上を図ることができる。また、半導体チップ３の裏面（金バンプ３ａ形成側とは逆側の面）側にアンダーフィル樹脂５形成用の封止用樹脂が這い上がることもなくなる。これにより、半導体装置１を薄型化できる。また、複数の半導体装置１を積層して積層構造の半導体装置２を製造する際に各半導体装置１間の間隔を小さくすることができ、各半導体装置１間を接続する半田ボール６の高さを低くすることが可能になる。また、半導体装置２の薄型化も可能になる。
アンダーフィル樹脂５の形成後、図１８に示されるように、半田ペースト供給を行う（ステップＳ４）。ここでは、複数の半導体装置１を積層する場合に上層側の半導体装置１の半田ボール６をランド２３ｂに確実に接続できるようにするために、配線基板４の主面１６ｂの各ランド２３ｂ上に半田（半田ペースト）１８を塗布または印刷して供給する。なお、半田１８は、例えばＰｂ（鉛）フリー半田を使用する。
次に、図１９に示されるように、配線基板４への半田ボール６の供給を行う（ステップＳ５）。ここでは、配線基板４（絶縁基板）の主面１６ａにおける半導体チップ３の外側周囲に配置された複数のランド２３ａに外部端子である半田ボール６を設ける。その際、配線基板４の半導体チップ３搭載側の主面１６ａの各ランド２３ａに半田ボールを配置してリフローによって半田ボールをランド２３ａへ固定して半田ボール６を形成する。これによって、配線基板４において、半導体チップ３搭載側と同じ側に半田ボール６が配置され、半導体装置１の薄型化を図ることができる。なお、半田ボール６は、例えばＰｂフリー半田を使用する。
次に、図２０に示されるように、個片切断・選別を行う（ステップＳ６）。すなわち、配線基板４を所定の位置で切断して個片に分割された半導体装置１が得られる。そして、選別を行って良品の半導体装置１を取得する。
このようにして、単体の半導体装置１からなる半導体装置または半導体パッケージが得られる。
次に、図２１に示されるように、必要に応じて複数の半導体装置１を積層する（ステップＳ７）。ここでは、ほぼ同様の構造を有する複数の半導体装置１である半導体装置１ａ〜１ｄを上記（ステップＳ１〜Ｓ６）のようにして製造してから、積層する。まず、半導体装置１ａの配線基板４における半田ボール６を設けた面（主面１６ａ）とは反対側の面（主面１６ｂ）上に、半導体装置１ｂを積層する。その際、半導体装置１ａの配線基板４の各ランド２３ｂと、その上層の半導体装置１ｂの半田ボール６との位置を合わせて積層する。続いて、半導体装置１ｂの上層に半導体装置１ｃを積層し、これを複数段繰り返す。外形位置合わせによって半導体装置１ａ〜１ｄを積層することもできる。その後、上層の半導体装置１の半田ボール６とその下層の半導体装置１の配線基板４のランド２３ｂとをそれぞれ電気的に接続する。なお、ランド２３ｂと半田ボール６との接続は、リフロー（熱処理）によって行う。このようにして複数の半導体装置１（半導体装置１ａ〜１ｄ）が積層された積層構造の半導体パッケージである半導体装置２が製造される。
以上、本発明者によってなされた発明をその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で種々変更可能であることは言うまでもない。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップを配線基板に搭載した半導体パッケージ形態の半導体装置に適用できる。
本発明の一実施の形態である半導体装置の上面図である。 図１の半導体装置の下面図である。 図１の半導体装置の断面図である。 図１の半導体装置の要部断面図である。 図１の半導体装置の要部平面図である。 図１の半導体装置の要部平面図である。 複数の半導体装置を積層した積層構造の半導体装置を示す断面図である。 複数の半導体装置を積層する様子を説明するための要部断面図である。 比較例の半導体装置の要部断面図である。 半導体装置のランドの直径を変化させたときの半田ボールの高さを示すグラフである。 半導体装置のランドの直径を変化させたときの半田ボールの幅を示すグラフである。 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程を示す製造プロセスフロー図である。 配線基板を準備する工程を示す製造プロセスフロー図である。 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中の平面図である。 図１４に続く半導体装置の製造工程中における平面図である。 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中の断面図である。 図１６に続く半導体装置の製造工程中における断面図である。 図１７に続く半導体装置の製造工程中における断面図である。 図１８に続く半導体装置の製造工程中における断面図である。 図１９に続く半導体装置の製造工程中における断面図である。 図２０に続く半導体装置の製造工程中における断面図である。
符号の説明
１ 半導体装置
１ａ 半導体装置
１ｂ 半導体装置
１ｃ 半導体装置
１ｄ 半導体装置
２ 半導体装置
３ 半導体チップ
３ａ 金バンプ
４ 配線基板
５ アンダーフィル樹脂
６ 半田ボール
１１ 絶縁基板
１２ａ 主面
１３ 導体パターン
１４ 半田レジスト層
１６ａ 主面
１６ｂ 主面
１８ 半田
２１ 開口部
２２ 開口部
２３ａ ランド
２３ｂ ランド
２７ 開口部
３０ 領域

Claims (15)

  1. 複数の第１開口部を有する絶縁基板と、
    前記絶縁基板の第１主面上に形成された導体パターンと、
    前記絶縁基板の前記第１主面上に前記導体パターンを覆うように形成され、前記複数の第１開口部に平面的に重なる位置に複数の第２開口部を有する絶縁層と、
    前記絶縁基板に搭載され、前記導体パターンに電気的に接続された半導体チップと、
    を有し、
    前記複数の第２開口部から露出する前記導体パターンにより、前記絶縁基板の前記第１主面側に複数の第１端子が形成され、
    前記複数の第１開口部から露出する前記導体パターンにより、前記絶縁基板の前記第１主面とは逆側の第２主面側に複数の第２端子が形成され、
    互いに平面的に重なる位置にある前記第１端子と前記第２端子との大きさが異なることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記第１端子が前記第２端子よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記第１端子の直径と前記第２端子の直径の差が５０μｍ以上であることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記第１端子と前記第２端子のうちの小さい方の直径は、その端子のピッチの半分以下であることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記絶縁層は前記導体パターンの保護膜であることを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記絶縁層は半田レジスト層であることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記第１端子に半田ボールが接続されていることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記第２端子上に半田が供給されていることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記半導体チップは、前記絶縁基板の前記第１主面側にフリップチップ接続されていることを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記絶縁基板はフレキシブル基板であることを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記絶縁基板の厚みは１００μｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
  12. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記絶縁基板、前記導体パターンおよび前記絶縁層により配線基板が形成され、前記導体パターンにより前記配線基板の配線が形成されることを特徴とする半導体装置。
  13. 複数の第１開口部を有する絶縁基板と、
    前記絶縁基板の第１主面上に形成された導体パターンと、
    前記絶縁基板の前記第１主面上に前記導体パターンを覆うように形成され、前記複数の第１開口部に平面的に重なる位置に複数の第２開口部を有する絶縁層と、
    前記絶縁基板に搭載され、前記導体パターンに電気的に接続された半導体チップと、
    を有する構造体であって、前記複数の第２開口部から露出する前記導体パターンにより前記絶縁基板の前記第１主面側に複数の第１端子が形成され、前記複数の第１開口部から露出する前記導体パターンにより前記絶縁基板の前記第１主面とは逆側の第２主面側に複数の第２端子が形成され、互いに平面的に重なる位置にある前記第１端子と前記第２端子との大きさが異なる前記構造体を複数備え、
    前記複数の構造体が積層され、前記積層された複数の構造体のうち下側の前記構造体の前記第２端子が上側の前記構造体の前記第１端子に突起電極を介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  14. 請求項１３記載の半導体装置において、
    前記各構造体の前記第１端子が前記第２端子よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
  15. 請求項１３記載の半導体装置において、
    前記各構造体の前記第１端子と前記第２端子のうちの小さい方の直径は、その端子のピッチの半分以下であることを特徴とする半導体装置。

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