JP2006060261A

JP2006060261A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2006060261A
Application number: JP2005326600A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Tomita; 至洋冨田
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】封止部材およびプラスチック基板間の密着力が強い半導体装置を提供する。
【解決手段】複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板１と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップ２と、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材８とを含んでなる半導体装置であって、前記プラスチック基板中に金属プレーン層９が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置のパッケージ構造に関する。さらに詳しくは、半導体装置を製品に実装するときのはんだ付に用いられるはんだボールがマトリクス状に基板の裏面に配置されたＢＧＡ（Ball Grid Array）構造を有する半導体装置のパッケージ構造に関する。

従来の半導体装置は、ＢＧＡ基板と、該ＢＧＡ基板上に配置される半導体チップと、該半導体チップにおいて発生した熱を外部に放散するヒートスプレッダーと、前記ＢＧＡ基板およびヒートスプレッダー間に所定の間隔を設けかつ両者を接合するためのリングとからなる。ＢＧＡ基板は複数の絶縁性基板が重ねられた多層構造であり、各絶縁性基板には複数の配線およびビアホールが設けられる。前記ＢＧＡ基板は、複数の基板を重ねるときにビアホールを介して所定の配線を互いに接続させたものであり、複数の配線を絶縁性基板を介して立体的に交差させることができ、半導体装置の小型化を実現することができる。

図４は、従来の半導体装置の一例を示す一部切欠斜視説明図である。図４において、１はＢＧＡ基板であるプラスチック基板、２は半導体チップ、３はヒートスプレッダー、４はリング、６ははんだボール、８は封止部材を示す。

プラスチック基板１に設けられた各配線（図示せず）は半導体装置の外部電極（図示せず）に電気的に接続されている。はんだボール６は、はんだ材からなり、半導体装置の外部電極に電気的に接続される。半導体チップ２の複数の電極（図示せず）はそれぞれプラスチック基板１の所定の配線に電気的に接続される。当該接続は、たとえば、半導体チップ２の各電極表面およびプラスチック基板１の各配線に接続された外部電極表面にはんだバンプをあらかじめ設け、該はんだバンプを用いてはんだ付することにより実現される。封止部材８は、封止樹脂からなり、半導体チップ２をプラスチック基板１に密着させるために設けられる。すなわち、封止部材８は、プラスチック基板１の反りなどにより、プラスチック基板１の配線および半導体チップ２の電極の接続部で破断が生じないように設けられる。

また、リング４は、板状の部材の中央に開口部が設けられたものである。前記開口部の形状は半導体チップ２の形状に応じて定める。ヒートスプレッダー３の形状はプラスチック基板１の形状と同様の薄板状である。また、半導体チップ２およびヒートスプレッダー３、プラスチック基板１およびリング４、ならびにヒートスプレッダー３およびリング４は接着剤を用いて接着される。半導体チップ２およびヒートスプレッダー３を接着する接着剤は、高放熱性を有するたとえばシリコーン系またはエポキシ系の接着剤である。一方、プラスチック基板１およびリング４、ならびにヒートスプレッダーおよびリング４を接着する接着剤は、エポキシ系のたとえばフィルム状接着剤である。

つぎに、半導体装置の製法の一例について説明する。図５および図６は、従来の半導体装置の製法の一例を示す工程断面説明図である。図５および図６において、図４と同一の箇所は同じ符号を用いて示した。なお、５ａは、半導体チップ２に含まれる電極（図示せず）に電気的に接続された第１のはんだバンプ、５ｂは、プラスチック基板１に設けられた複数の配線の一端部（図示せず）に電気的に接続された第２のはんだバンプを示す。７ａは、プラスチック基板１およびリング４、ならびにヒートスプレッダー３およびリング４を接着する接着剤からなる第１の接着層、７ｂは、半導体チップ２およびヒートスプレッダー３を接着する接着剤からなる第２の接着層を示す。

まず、半導体チップ２に含まれる電極上に第１のはんだバンプ５ａを設け、同様に、プラスチック基板１の複数の配線の一端部上に第２のはんだバンプ５ｂを設ける（図５（ａ）参照）。ついで、プラスチック基板１表面のうち第２のはんだバンプ５ｂが形成された領域にフラックス材を塗布する。プラスチック基板１上に半導体チップ２を載置し、第１のはんだバンプ５ａおよび第２のはんだバンプ５ｂを接触させた状態で、プラスチック基板１および半導体チップ２を熱処理炉（いわゆるリフロー炉）内に投入する。その結果、第１のはんだバンプ５ａおよび第２のはんだバンプ５ｂが溶け、互いに接触していた第１のはんだバンプ５ａおよび第２のはんだバンプ５ｂが一体となる。図５では、第１のはんだバンプおよび第２のはんだバンプが一体になったものをはんだバンプ５として示している。前記はんだバンプ５により、半導体チップ２に含まれる電極とプラスチック基板１の複数の配線とが電気的に接続される（図５（ｂ）参照）。さらに、フラックス材の洗浄を行ったのち、第１の接着層７ａによりプラスチック基板１にリング４を接着する（図５（ｃ）参照）。つぎに、プラスチック基板１および半導体チップ２間の間隙部に封止樹脂を注入したのち固めて封止部材８を形成し、該封止部材８を介して半導体チップ２をプラスチック基板１に密着させた状態で固定する。ついで、半導体チップ２上表面に接着剤を塗布して第２の接着層７ｂを設け（図６（ａ）参照）、リング４上表面に接着剤を塗布して第１の接着層７ａを設けたのち、半導体チップ２およびリング４上にヒートスプレッダー３を載せ、半導体チップ２およびリング４にヒートスプレッダー３を接着する（図６（ｂ）参照）。最後に、プラスチック基板１の複数の配線の他の端部に接続された半導体装置の外部電極上にはんだボール６を設け、半導体装置をうる（図６（ｃ）参照）。

従来の半導体装置では、ＢＧＡ基板を形成する際にプラスチック基板を使用する。プラスチック基板は比較的水分が浸透しやすい性質を有する。したがって、半導体装置の使用過程においてプラスチック基板を介して半導体装置内に取り込まれた水分により、封止部材が劣化するばあいがある。その結果、封止部材およびプラスチック基板間の密着力が弱くなるという問題がある。

かかる問題を考慮して、たとえば特開平８−２８８６８６号公報には、無電界メッキ法を用いて半導体装置表面に金属薄膜を形成することによりプラスチック基板の水分吸収を妨げる半導体装置が開示されている。しかし、半導体装置の電気特性への影響が懸念され、さらに、はんだバンプを配置している領域には形成できないため、製造コストが高いわりに有効な解決策にはなりえない。

本発明はかかる問題を解決し、封止部材およびプラスチック基板間の密着力が強い半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の半導体装置は、複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップと、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材とを含んでなる半導体装置であって、前記プラスチック基板表面にソルダレジスト膜が設けられており、該ソルダレジスト膜の半導体チップ側表面に粗化処理が施されるものである。

また、本発明の請求項２記載の半導体装置は、前記粗化処理がドライエッチングによる処理である。

さらに、本発明の請求項３記載の半導体装置は、前記粗化処理が、反応性のイオンエッチングまたはプラズマエッチングを用いたドライエッチングによる処理である。

本発明の請求項４記載の半導体装置は、複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップと、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材とを含んでなる半導体装置であって、前記プラスチック基板表面にソルダレジスト膜が設けられており、前記半導体チップの各電極が、はんだ材からなるはんだバンプおよび前記ソルダレジスト膜を介してプラスチック基板の各配線に接続されており、ソルダレジスト膜のうちはんだバンプに接触する部分の周辺部がリング状に除去され、ソルダレジスト膜表面および前記プラスチック基板表面のうちソルダレジスト膜が除去された領域に粗化処理が施されるものである。

また、本発明の請求項５記載の半導体装置は、前記粗化処理がドライエッチングによる処理である。

さらに、本発明の請求項６記載の半導体装置は、前記粗化処理が、反応性のイオンエッチングまたはプラズマエッチングを用いたドライエッチングによる処理である。

本発明の請求項７記載の半導体装置は、複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップと、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材と、前記半導体チップにおいて発生した熱を外部に放散するヒートスプレッダーと、前記プラスチック基板およびヒートスプレッダー間に所定の間隔を設けかつ両者を接合するためのリングとを含んでなる半導体装置であって、前記プラスチック基板表面にソルダレジスト膜が設けられており、該ソルダレジスト膜の半導体チップ側表面に粗化処理が施されるものである。

本発明の請求項８記載の半導体装置は、複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップと、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材と、前記半導体チップにおいて発生した熱を外部に放散するヒートスプレッダーと、前記プラスチック基板およびヒートスプレッダー間に所定の間隔を設けかつ両者を接合するためのリングとを含んでなる半導体装置であって、前記プラスチック基板表面にソルダレジスト膜が設けられており、前記半導体チップの各電極が、はんだ材からなるはんだバンプおよび前記ソルダレジスト膜を介してプラスチック基板の各配線に接続されており、ソルダレジスト膜のうちはんだバンプに接触する部分およびその周辺部が円形状に除去され、ソルダレジスト膜表面および前記プラスチック基板表面のうちソルダレジスト膜が除去された領域に粗化処理が施されるものである。

本発明の請求項１記載の半導体装置は、複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップと、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材とを含んでなる半導体装置であって、前記プラスチック基板表面にソルダレジスト膜が設けられており、該ソルダレジスト膜の半導体チップ側表面に粗化処理が施されるものであるので、封止部材とソルダレジスト膜との密着力を強くできる。

また、本発明の請求項２記載の半導体装置は、前記粗化処理がドライエッチングによる処理であることが好ましい。

さらに、本発明の請求項３記載の半導体装置は、前記粗化処理が、反応性のイオンエッチングまたはプラズマエッチングを用いたドライエッチングによる処理であることが好ましい。

本発明の請求項４記載の半導体装置は、複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップと、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材とを含んでなる半導体装置であって、前記プラスチック基板表面にソルダレジスト膜が設けられており、前記半導体チップの各電極が、はんだ材からなるはんだバンプおよび前記ソルダレジスト膜を介してプラスチック基板の各配線に接続されており、ソルダレジスト膜のうちはんだバンプに接触する部分の周辺部がリング状に除去され、ソルダレジスト膜表面および前記プラスチック基板表面のうちソルダレジスト膜が除去された領域に粗化処理が施されるものであるので、はんだバンプ周辺部のソルダレジスト膜との密着力を強くすることができる。

また、本発明の請求項５記載の半導体装置は、前記粗化処理がドライエッチングによる処理であることが好ましい。

さらに、本発明の請求項６記載の半導体装置は、前記粗化処理が、反応性のイオンエッチングまたはプラズマエッチングを用いたドライエッチングによる処理であることが好ましい。

本発明の請求項７記載の半導体装置は、複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップと、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材と、前記半導体チップにおいて発生した熱を外部に放散するヒートスプレッダーと、前記プラスチック基板およびヒートスプレッダー間に所定の間隔を設けかつ両者を接合するためのリングとを含んでなる半導体装置であって、前記プラスチック基板表面にソルダレジスト膜が設けられており、該ソルダレジスト膜の半導体チップ側表面に粗化処理が施されるものであるので、封止部材とソルダレジスト膜との密着力を強くできる。

本発明の請求項８記載の半導体装置は、複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップと、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材と、前記半導体チップにおいて発生した熱を外部に放散するヒートスプレッダーと、前記プラスチック基板およびヒートスプレッダー間に所定の間隔を設けかつ両者を接合するためのリングとを含んでなる半導体装置であって、前記プラスチック基板表面にソルダレジスト膜が設けられており、前記半導体チップの各電極が、はんだ材からなるはんだバンプおよび前記ソルダレジスト膜を介してプラスチック基板の各配線に接続されており、ソルダレジスト膜のうちはんだバンプに接触する部分およびその周辺部が円形状に除去され、ソルダレジスト膜表面および前記プラスチック基板表面のうちソルダレジスト膜が除去された領域に粗化処理が施されるものであるので、はんだバンプ周辺部のソルダレジスト膜との密着力を強くすることができる。

つぎに、本発明の半導体装置の実施の形態について説明する。

実施の形態１．
図面を参照しつつ、本発明の半導体装置の一実施の形態について説明する。

図１は、本発明の半導体装置の実施の形態１を示す断面説明図である。図１において、図５および図６と同一の箇所は同じ符号を用いて示した。また、９はプラスチック基板中に設けられた金属プレーン層を示す。

本実施の形態において、半導体装置は多層構造のプラスチック基板中に金属プレーン層が設けられたものである。なお、図１において、前記金属プレーン層９は概略的に１つのみ示されるが、実際は、プラスチック基板を構成する複数の絶縁性基板表面に、該絶縁性基板に設けられた配線およびビアホールを避けて設けられるものである。前記金属プレーン層９は、金属からなりプラスチック基板１と比較して水分を吸収しない。したがって、半導体装置の外部から（図中、矢印Ａで示される方向から）プラスチック基板１中に浸透した水分を金属プレーン層９で遮断することができ、封止部材８の劣化を防止することができる。その結果、封止部材およびプラスチック基板間の密着力を強くすることができる。

また、前記金属プレーン層９を半導体チップ２の下方のみに設けても、プラスチック基板１全体に設けてもよい。金属プレーン層９を半導体チップ２の下方のみに設けたばあい、製造コストの低減および製造工程の簡略化を実現することができる。前記金属プレーン層９の形状は板状およびメッシュ状のいずれであってもよい。金属プレーン層９の形状がメッシュ状であるばあい、金属プレーン層９の開口率はたとえば２０〜３０％である。さらに、前記金属プレーン層９の厚さが０．０１〜０．０３ｍｍであることが、プラスチック基板１中に浸透した水分を充分に遮断できるため好ましい。

また、前記金属プレーン層９の材料は、たとえば銅が電気特性に優れているため好ましい。

実施の形態２．
つぎに、本発明の半導体装置の他の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図２は、本発明の半導体装置の実施の形態２を示す断面説明図である。図２において、図１と同一の箇所は同じ符号を用いて示した。また、１０は、プラスチック基板１表面に設けられたソルダレジスト膜を示す。該ソルダレジスト膜１０は、プラスチック基板１中の配線（図示せず）上へのはんだのヌレ拡がりを防止するために、プラスチック基板表面に上に設けられる。

本実施の形態においては、ソルダレジスト膜１０の半導体チップ側表面に粗化処理が施される。ソルダレジスト膜１０に粗化処理を施すことによりソルダレジスト膜１０表面に凹凸ができ、封止部材８とソルダレジスト膜１０との密着力が強くなる。その結果、半導体チップ２およびプラスチック基板１間の密着力を強くすることができる。

実施の形態３．
つぎに、本発明の半導体装置のさらに他の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図３は、本発明の半導体装置の実施の形態３を示す部分拡大断面説明図である。図３において、図１と同一の箇所は同じ符号を用いて示した。図３には、半導体装置のうち、とくにはんだバンプおよびその周辺部のみが示されている。

本実施の形態においては、プラスチック基板１の表面に設けられたソルダレジスト膜のうちはんだバンプ５に接触する部分およびその周辺部が円形状に除去される。なお、図３では、プラスチック基板１中の配線のうちはんだバンプ５の下部をとくにランドといい、参照符号１０ａを用いて示す。該ランド１０ａは、半導体チップの端子（電極）と接続するために形成される。

本実施の形態においては、プラスチック基板１の表面のうちソルダレジスト膜を円形状に除去することにより露出した領域（図中、参照符号１ａを用いて示される）と、ソルダレジスト膜１０ｂ表面に粗化処理が施される。該粗化処理により、封止部材８とソルダレジスト膜１０ｂとの密着力を強くできる。また、一般に、はんだバンプ５周辺部では破断が生じやすく密着力をとくに強くする必要がある。本実施の形態においては、露出した領域１ａにも粗化処理を施すことにより、はんだバンプ５周辺部のソルダレジスト膜１０との密着力を強くすることができる。

前記実施の形態２および実施の形態３においては、ソルダレジスト膜の材料として、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂などが用いられうる。なお、前記エポキシ樹脂またはアクリル樹脂にフィラー（充填材）を混入させたものも用いられうる。また、前記粗化処理としてドライエッチングを用いることができる。さらに、ドライエッチングの一例としては、反応性のイオンエッチングまたはプラズマエッチングなどがあげられる。

また、実施の形態２および実施の形態３に示される半導体装置に、実施の形態１に示される半導体装置の金属プレーン層をさらに設けてもよい。

なお、本実施の形態では、半導体装置の一例としてヒートスプレッダーおよびリングを含んでなる半導体装置が用いられたが、半導体装置がヒートスプレッダーおよびリングを含まない半導体装置であっても同様の効果がえられる。

本発明の半導体装置の実施の形態１を示す断面説明図である。本発明の半導体装置の実施の形態２を示す断面説明図である。本発明の半導体装置の実施の形態３を示す部分拡大断面説明図である。従来の半導体装置の一例を示す一部切欠斜視説明図である。従来の半導体装置の製法の一例を示す工程断面説明図である。従来の半導体装置の製法の一例を示す工程断面説明図である。

符号の説明

１プラスチック基板、２半導体チップ、３ヒートスプレッダー、４リング、６はんだボール、８封止部材、９金属プレーン層、１０ソルダレジスト膜。

Claims

複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップと、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材とを含んでなる半導体装置であって、
前記プラスチック基板表面にソルダレジスト膜が設けられており、該ソルダレジスト膜の半導体チップ側表面に粗化処理が施される半導体装置。
前記粗化処理がドライエッチングによる処理である請求項１記載の半導体装置。
前記粗化処理が、反応性のイオンエッチングまたはプラズマエッチングを用いたドライエッチングによる処理である請求項２記載の半導体装置。
複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップと、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材とを含んでなる半導体装置であって、
前記プラスチック基板表面にソルダレジスト膜が設けられており、前記半導体チップの各電極が、はんだ材からなるはんだバンプおよび前記ソルダレジスト膜を介してプラスチック基板の各配線に接続されており、ソルダレジスト膜のうちはんだバンプに接触する部分の周辺部がリング状に除去され、ソルダレジスト膜表面および前記プラスチック基板表面のうちソルダレジスト膜が除去された領域に粗化処理が施される半導体装置。
前記粗化処理がドライエッチングによる処理である請求項４記載の半導体装置。
前記粗化処理が、反応性のイオンエッチングまたはプラズマエッチングを用いたドライエッチングによる処理である請求項５記載の半導体装置。
複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップと、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材と、前記半導体チップにおいて発生した熱を外部に放散するヒートスプレッダーと、前記プラスチック基板およびヒートスプレッダー間に所定の間隔を設けかつ両者を接合するためのリングとを含んでなる半導体装置であって、
前記プラスチック基板表面にソルダレジスト膜が設けられており、該ソルダレジスト膜の半導体チップ側表面に粗化処理が施される半導体装置。
複数の配線が設けられた多層構造のプラスチック基板と、はんだ材を用いて前記複数の配線にそれぞれ接続される複数の電極を有する半導体チップと、該半導体チップを前記プラスチック基板に密着させる封止樹脂からなる封止部材と、前記半導体チップにおいて発生した熱を外部に放散するヒートスプレッダーと、前記プラスチック基板およびヒートスプレッダー間に所定の間隔を設けかつ両者を接合するためのリングとを含んでなる半導体装置であって、
前記プラスチック基板表面にソルダレジスト膜が設けられており、前記半導体チップの各電極が、はんだ材からなるはんだバンプおよび前記ソルダレジスト膜を介してプラスチック基板の各配線に接続されており、ソルダレジスト膜のうちはんだバンプに接触する部分およびその周辺部が円形状に除去され、ソルダレジスト膜表面および前記プラスチック基板表面のうちソルダレジスト膜が除去された領域に粗化処理が施される半導体装置。