JP2006049528A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液状樹脂を滴下して半導体チップを封止する際、液状樹脂の滴下量がばらついて増加した場合でも、液状樹脂が封止範囲の外側に溢れ出すことを防止する能力が優れた半導体装置を提供する。
【解決手段】 プリント配線基板２上に、液状樹脂７の封止範囲を規制する樹脂止め用配線８が半導体チップの周囲にリング状に設けられ、樹脂止め用配線８は、プリント配線基板２上の導体層５と、この導体層５の上面に形成された金属めっき層６とで構成され、樹脂止め用配線８の断面は、金属めっき層６の幅寸法Ｗａに対して、導体層５の幅寸法Ｗｂが狭く形成されており、導体層５が金属めっき層６の外周縁６ａから内周側に向かってえぐれている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プリント配線基板上に半導体チップを実装する形態において、液状樹脂を滴下することによって封止される半導体装置とその製造方法に関する。

半導体部品の高密度化や半導体パッケージの薄型化などを実現するための手段として、半導体チップを直接プリント配線基板に実装するチップ・オン・ボード（以下ＣＯＢ）工法が知られている。上記ＣＯＢ実装された半導体チップは、液状樹脂を滴下することにより封止され機械的または電気的に保護される。

しかし液状樹脂を半導体チップ上に滴下して封止するにあたり、液状樹脂が広がり過ぎると、半導体チップの露出や、不必要な個所へ樹脂が流出するなどの問題が生じていた。従来、上記問題を解決する手段として、図６に示すように、半導体チップ３０の周囲に、液状樹脂３１の封止範囲３２（広がり領域）を規制するための平面視リング状の樹脂止め用配線３３が設けられ、樹脂止め用配線３３の外周上端面における液状樹脂３１の表面張力を利用して、液状樹脂３１が封止範囲３２の外側へ溢れ出るのを阻止しつつ、半導体チップ３０を被覆する方法が知られている。

上記樹脂止め用配線３３は、プリント配線基板のプリント配線と同一材料（一般的にはＣｕ）を用いることができ、図７に示すような工法で作製される。
図７（ａ）に示すように、プリント配線基板３４の半導体チップ実装側の面には、予め導体層３５が形成されている。そして、図７（ｂ）に示すように、配線として必要個所にレジストコート３６を施し、その後、図７（ｃ）に示すように、エッチングすることで導体層３５の不要個所３５ａを除去し、さらに、図７（ｄ）に示すように、残った導体層３５上のレジストコート３６を除去する。その後、図７（ｅ）に示すように、残った導体層３５の表面に耐食・表面保護を目的として金属メッキを施す。これにより、導体層３５の上面と内外両側面とに金属めっき層３７が形成され、導体層３５と金属めっき層３７とで構成されたリング状の樹脂止め用配線３３が形成される。

上記のような樹脂止め用配線３３を用いて、滴下された液状樹脂３１の封止範囲３２を規制する半導体パッケージとして、例えば下記の特許文献１がある。
しかしながら図７に示した工法によって樹脂止め用配線３３が形成されるため、図６に示すように、樹脂止め用配線３３の金属めっき層３７の外周上端面３７ａは丸みを帯びた形状になる。これにより、液状樹脂３１の表面張力Ｆａ、および、金属めっき層３７と液状樹脂３１との界面に作用する表面張力Ｆｂ、および、金属めっき層３７と空気との界面に作用する表面張力Ｆｃ、および接触角αはそれぞれ、図８の矢印のように示される。したがって、液状樹脂３１の滴下量のばらつき等によって、液状樹脂３１の滴下量が増加し、樹脂止め用配線３３で堰き止められる液状樹脂３１の量が図８に示した状態よりも増加すると、液状樹脂３１が、表面張力の限度を越えてしまい、樹脂止め用配線３３から外側へ溢れ出してしまうといった問題があった。
特開平１０−３２３７３号公報

本発明は、液状樹脂を滴下して半導体チップを封止する際、液状樹脂の滴下量がばらついて増加した場合でも、液状樹脂が封止範囲の外側に溢れ出すことを防止する能力が優れた半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、プリント配線を形成したプリント配線基板上に半導体チップが搭載され、
液状樹脂を半導体チップ上に滴下して封止された半導体装置であって、
上記プリント配線基板上に、液状樹脂の封止範囲を規制する樹脂止め用部材が上記半導体チップの周囲に設けられ、
上記樹脂止め用部材の断面は、上辺部の幅寸法に対して、上辺部よりも下方部分の幅寸法が狭く形成されており、上辺部よりも下方部分が上辺部の外周縁から内周側に向かってえぐれているものである。

これによると、液状樹脂を滴下し、液状樹脂が樹脂止め用部材まで広がると、液状樹脂と樹脂止め用部材との間で表面張力が働いて、液状樹脂の広がりが止まる。この際、樹脂止め用部材の上辺部よりも下方部分が上辺部の外周縁から内周側に向かってえぐれているため、液状樹脂の表面張力が従来に比べて樹脂止め用部材の外向きに作用し、これにより、従来よりも多量の液状樹脂を樹脂止め用部材で堰き止めることができる。したがって、液状樹脂の滴下量のばらつきが大きく、滴下量が増加した場合でも、液状樹脂が樹脂止め用部材を越えて封止範囲の外側へ溢れ出すことを防止する能力が従来よりも向上する。

本第２発明は、樹脂止め用部材はプリント配線と同一材料かつ同一工程で形成されるものである。
本第３発明は、樹脂止め用部材は、金属レジスト法によって、プリント配線基板上に形成された導体層と、この導体層の上面に形成された金属めっき層とで構成され、
上記金属めっき層には、導体層の材質よりイオン化傾向の低い材質が用いられているものである。

これによると、上辺部よりも下方部分が上辺部の外周縁から内周側に向かってえぐれた形状の樹脂止め用部材を形成することができるため、従来よりも多量の液状樹脂を樹脂止め用部材で堰き止めることができ、液状樹脂の滴下量がばらついて増加した場合でも、液状樹脂が樹脂止め用部材を越えて封止範囲の外側へ溢れ出すことを防止する能力が従来よりも向上する。

本第４発明は、半導体チップとプリント配線とは金属ワイヤー又は金属バンプで電気的に接合されているものである。
これによると、金属ワイヤー又は金属バンプの２種類の電気的接合方法を選択でき、接合方法が１種類に制約されない。

本第５発明は、上記第１発明に記載の半導体装置の製造方法であって、半導体チップをプリント配線基板の搭載部に固着させるダイボンド工程と、
半導体チップの入出力用の各接続端子とプリント配線基板のプリント配線とを金属ワイヤーで電気的に接続させるワイヤーボンド工程と、
半導体チップと金属ワイヤーとプリント配線とを液状樹脂で封止する封止工程とからなるものである。

本第６発明は、上記第１発明に記載の半導体装置の製造方法であって、半導体チップをプリント配線基板の搭載部に固着させるダイボンド工程と、
半導体チップの入出力用の各接続端子とプリント配線基板のプリント配線とを金属バンプで電気的に接続させるフリップチップ工程と、
半導体チップと金属バンプとプリント配線とを液状樹脂で封止する封止工程とからなるものである。

本発明によれば、液状樹脂の滴下量がばらついて増加した場合でも、液状樹脂が樹脂止め用部材を越えて封止範囲の外側へ溢れ出すことを防止する能力が従来よりも向上する。

以下に、本発明における第１の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１（ａ）は本発明における半導体装置の主要部分を表す平面図であり、半導体チップ１がプリント配線基板２の所定の位置に固着剤（図示せず）により固定されている。半導体チップ１は電気信号の入出力用接続端子１ａを複数有しており、また、プリント配線基板２には、外部接続用配線３（プリント配線の一例）が複数設けられている。上記各入出力用接続端子１ａと各外部接続用配線３とは金属ワイヤー４を介して電気的に接続されている。尚、上記外部接続用配線３は、プリント配線基板２上に形成された導体層５と、この導体層５の上面に形成された金属めっき層６とで構成されており、スルーホール３ａを介してプリント配線基板２の他の層もしくは裏面側（すなわち半導体チップ実装面とは反対側の面）に接続されている。上記半導体チップ１と外部接続用配線３と金属ワイヤー４とは液状樹脂７によって封止されている。

プリント配線基板２上には、上記液状樹脂７の封止範囲１４を規制する樹脂止め用配線８（樹脂止め用部材の一例）が設けられている。この樹脂止め用配線８は、半導体チップ１の周囲を取り囲むように、平面視において円形のリング状に形成されている。また、上記樹脂止め用配線８は、上記外部接続用配線３と同様に、導体層５と、この導体層５の上面に形成された金属めっき層６とで構成されている。上記金属めっき層６には、導体層５の材質よりイオン化傾向の低い材質が用いられている。尚、上記外部接続用配線３と樹脂止め用配線８とは、プリント配線基板２の作製時に前もって形成され、同一材質且つ同一工程で形成されている。

図２に示すように、上記樹脂止め用配線８の断面は、上辺部に相当する金属めっき層６の幅寸法Ｗａに対して、上辺部より下方部分に相当する導体層５の幅寸法Ｗｂが狭くなる（Ｗａ＞Ｗｂ）ように形成されており、上記導体層５が金属めっき層６の外周縁６ａから内周側に向かってえぐれている。これにより、金属めっき層６の外周面と導体層５の外周面との間には、幅方向の段差９が形成され、樹脂止め用配線８の上端外周縁６ａが外側へ突出した形状となり、導体層５の外周面の上部には、上端外周縁６ａから連続する傾斜面１２が形成されている。尚、図２（ｂ）に示すように、上記樹脂止め用配線８の上端面に対する傾斜面１２の傾斜角度θは鋭角である。また、樹脂止め用配線８の上端内周縁６ｂも、上端外周縁６ａと同様な形状を有する。

次に、樹脂止め用配線８の形成方法を図３に示す。
図３（ａ）に示すように、プリント配線基板２上には、予め導体層５が形成されている。次に、図３（ｂ）に示すように、導体層５のうち不必要個所にレジストコート１０を施した後、図３（ｃ）に示すように、必要個所のみに金属めっき層６を形成する。さらに、図３（ｄ）に示すように、レジストコート１０を除去する。そして、最後に図３（ｅ）に示すように、エッチング処理を施すことで導体層５の不要個所５ａを除去する。この際、上記金属めっき層６には、導体層５の材質よりイオン化傾向の低い材質が用いられているため、導体層５は金属メッキ層６より深く削られ、これにより、導体層５がえぐられて、金属めっき層６の外周面と導体層５の外周面との間および金属めっき層６の内周面と導体層５の内周面との間にそれぞれ段差９が形成される。尚、一般的には、導体層５の材質にＣｕが用いられ、金属メッキ層６の材質にＮｉが用いられている。また、必要に応じて、金属めっき層６の表面にＡｕなどのめっき（図示せず）が施される。

次に、半導体装置の製造方法を説明する。
先ず、ダイボンド工程において、半導体チップ１をプリント配線基板２の搭載部に固着させる。次に、ワイヤーボンド工程において、半導体チップ１の各入出力用接続端子１ａとプリント配線基板２の各外部接続用配線３とを金属ワイヤー４で電気的に接続する。その後、封止工程において、液状樹脂７を半導体チップ１上に滴下して、半導体チップ１と外部接続用配線３と金属ワイヤー４とを液状樹脂７によって封止する。

上記封止工程の際、図２に示すように、液状樹脂７が樹脂止め用配線８まで広がると、液状樹脂７と樹脂止め用配線８との間で表面張力が働いて、液状樹脂７の広がりが止まる。この際、樹脂止め用配線８の導体層５が金属めっき層６の外周縁６ａから内周側に向かってえぐれているため、液状樹脂７の表面張力Ｆａ、および、金属めっき層６と液状樹脂７との界面に作用する表面張力Ｆｂ、および、金属めっき層６と空気との界面に作用する表面張力Ｆｃ、および接触角αはそれぞれ、図２（ｃ）の矢印のように示される。図２（ｃ）のように、液状樹脂７の表面張力Ｆａが従来（図８参照）に比べて樹脂止め用配線８の外向きに作用し、これによって、従来よりも多量の液状樹脂７を樹脂止め用配線８で堰き止めることができる。したがって、液状樹脂７の滴下量のばらつきが大きく、滴下量が増加した場合でも、液状樹脂７が樹脂止め用配線８を越えて封止範囲１４の外側へ溢れ出すことを防止する能力が従来よりも向上する。

上記封止工程後、高温雰囲気中で液状樹脂７を硬化させることで、半導体チップ１と外部接続用配線３と金属ワイヤー４との保護が完全なものとなる。その後、必要に応じてプリント配線基板２の分割やマーキングなどの工程を経て半導体装置が形成される。

上記第１の実施の形態では、半導体装置を製造する際、ワイヤーボンド工程を実施しているが、ワイヤーボンド工程の代わりに、半導体チップ１の各入出力用接続端子１ａとプリント配線基板２の各外部接続用配線３とを金属バンプ（図示せず）を用いて電気的に接続するフリップチップ工程を実施してもよい。或いは、金属バンプ以外に、ＡＣＦなどの導電シート（図示せず）などを用いてもよい。このように入出力用接続端子１ａと外部接続用配線３との接続方法が１種類に制約されないため、上記接続方法を任意に選択できる。

上記第１の実施の形態では、図１（ａ）に示すように、樹脂止め用配線８を平面視において円形のリング状に形成しているが、円形に限定されるものではなく、例えば、第２の実施の形態として、図４に示すように、樹脂止め用配線８を平面視において四角形の枠状に形成してもよい。

上記第１の実施の形態では、図２に示すように、導体層５の外周面の上部に、上端外周縁６ａから連続する傾斜面１２を形成したが、第３の実施の形態として、図５に示すように、上記傾斜面１２を形成せず、上端外周縁６ａに対して導体層５の外周面の上部を直交させてもよい。

本発明における半導体装置は、液状樹脂の粘度や滴下量のばらつきによる影響を極力廃して、封止範囲の規制を容易に行うことができるため、ＣＯＢパッケージなど液状樹脂を滴下して半導体チップを被覆する工法において有用である。

本発明の第１の実施の形態における半導体装置の半導体チップ搭載部を中心とする要部の図であり、（ａ）は液状樹脂を除いた状態の平面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図であり、液状樹脂で封止された状態を示す。 同、半導体装置の樹脂止め用配線と液状樹脂との断面図であり、（ａ）は樹脂止め用配線の拡大であり、（ｂ）は樹脂止め用配線の外周部の拡大であり、（ｃ）は樹脂止め用配線の外周部において作用する表面張力と接触角とを示す。 同、半導体装置の樹脂止め用配線の形成工程を示すプリント配線基板の断面図である。 本発明の第２の実施の形態における半導体装置の半導体チップ搭載部を中心とする要部の平面図である。 本発明の第３の実施の形態における半導体装置の樹脂止め用配線の断面図である。 従来の半導体装置の樹脂止め用配線の断面図である。 同、半導体装置の樹脂止め用配線の形成工程を示すプリント配線基板の断面図である。 同、半導体装置の樹脂止め用配線の外周部において作用する表面張力と接触角とを示した図である。

符号の説明

１ 半導体チップ
１ａ 入出力用接続端子
２ プリント配線基板
３ 外部接続用配線（プリント配線）
４ 金属ワイヤー４
５ 導体層
６ 金属めっき層
６ａ 外周縁
７ 液状樹脂
８ 樹脂止め用配線（樹脂止め用部材）
１４ 封止範囲
Ｗａ，Ｗｂ 幅寸法

Claims (6)

1. プリント配線を形成したプリント配線基板上に半導体チップが搭載され、
   液状樹脂を半導体チップ上に滴下して封止された半導体装置であって、
   上記プリント配線基板上に、液状樹脂の封止範囲を規制する樹脂止め用部材が上記半導体チップの周囲に設けられ、
   上記樹脂止め用部材の断面は、上辺部の幅寸法に対して、上辺部よりも下方部分の幅寸法が狭く形成されており、上辺部よりも下方部分が上辺部の外周縁から内周側に向かってえぐれていることを特徴とする半導体装置。
2. 樹脂止め用部材はプリント配線と同一材料かつ同一工程で形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 樹脂止め用部材は、金属レジスト法によって、プリント配線基板上に形成された導体層と、この導体層の上面に形成された金属めっき層とで構成され、
   上記金属めっき層には、導体層の材質よりイオン化傾向の低い材質が用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
4. 半導体チップとプリント配線とは金属ワイヤー又は金属バンプで電気的に接合されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 上記請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
   半導体チップをプリント配線基板の搭載部に固着させるダイボンド工程と、
   半導体チップの入出力用の各接続端子とプリント配線基板のプリント配線とを金属ワイヤーで電気的に接続させるワイヤーボンド工程と、
   半導体チップと金属ワイヤーとプリント配線とを液状樹脂で封止する封止工程とからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 上記請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
   半導体チップをプリント配線基板の搭載部に固着させるダイボンド工程と、
   半導体チップの入出力用の各接続端子とプリント配線基板のプリント配線とを金属バンプで電気的に接続させるフリップチップ工程と、
   半導体チップと金属バンプとプリント配線とを液状樹脂で封止する封止工程とからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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