JP2006173416A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップのエッジ部分に集中する応力を緩和し、封止樹脂と半導体チップの密着性を向上できる半導体装置を提供する。
【解決手段】 配線基板３の上面に半導体チップ４が搭載され、半導体チップ４を含んだ配線基板３の上面が封止樹脂６で封止された半導体装置において、前記配線基板３の上面に半導体チップ４のエッジに対向する溝７が形成された構造とする。これによれば、封止樹脂６が半導体チップ４の裏面の一部をも封止し、封止樹脂６と配線基板３との接着面積も増大するため、封止樹脂６の密着性向上が実現できる。また配線基板３の上面の半導体チップ４の下面エッジ部分の応力集中を低減することができ、耐応力性の向上を実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配線基板の上面に半導体チップを接着して搭載した半導体装置に関し、特に応力に対する信頼性を高める技術に関するものである。

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６（ａ）はＢＧＡ型の半導体装置の平面図（理解しやすいように封止樹脂は図示していない）、図６（ｂ）は同半導体装置の図６（ａ）におけるＦ−Ｆ´断面図、図６（ｃ）は同半導体装置の底面図である。

半導体装置は、上面に配線電極１を有し、底面にボール電極２を有した絶縁性樹脂よりなる配線基板３と、配線基板３の上面に接着して搭載された半導体チップ４と、配線基板３の配線電極１と半導体チップ４とを電気的に接続した金属細線５と、半導体チップ４を含んだ配線基板３の上面を封止した絶縁性の封止樹脂６とにより構成されている。

配線基板３，半導体チップ４とも、全体として直方体形状であり、４周の側面は上面，底面に対して垂直方向に配置されている。配線基板３には、配線電極１と基板内部で電気的に接続した外部パッド電極（図示せず）が底面に形成され、その外部パッド電極上に外部端子としてのボール電極２が形成されている。ボール電極２は半田ボールであって、実装基板への二次実装の際の高接続信頼性のために付設されるものであり、配線基板３の底面に格子状に配置されている。

半導体装置の製造方法を簡単に説明する。複数個の半導体チップ４を搭載可能な大型の基板を用い、それに区分された個々の配線基板３の上面の配線電極１で包囲された中央領域に設定されたボンデイング位置に、半導体チップ４を接着剤により接着固定して搭載する。搭載された半導体チップ４の電極パッド（図示せず）と配線基板３の上面のボンデイング位置の周りに設けられた配線電極１とを金属細線５により電気的に接続する。そして、半導体チップ４を含んだ配線基板３の上面全面を封止樹脂６により封止する。この上面封止はトランスファーモールドにより行うもので、配線基板３の搬送等に用いるマージン領域を除いた実質上、全面を封止する。その後に、回転ブレードで大型基板を一括切断することによって半導体装置の個片に分離し、後工程でボール電極２を形成する。ボール電極２は一括切断に先立って形成する方法もある。

このようなＢＧＡタイプの半導体装置は、半導体チップ４の裏面の全面が配線基板３に接しており、半導体チップ４の外囲を封止した封止樹脂６は半導体チップ４の裏面側には存在しない構造である。封止樹脂６との密着性、耐応力性においてさらなる向上は望めないものである。その対策として、半導体チップ４を第１の底面とそれより下方に突出した第２の底面とを持った逆凸形とし、第１の底面と配線基板との間も封止樹脂６で封止することが提案されている（たとえば特許文献１）。
特開２００２−１３４６６３号公報

近年の携帯電話等の小型電子機器への実装においては、半導体チップの封止樹脂との密着性、耐応力性をさらに向上させ、信頼性を得ることが重要課題となっている。
本発明は配線基板の構造に着目して、封止樹脂との密着性および耐応力性を向上できる半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、配線基板の上面に半導体チップが搭載され、前記半導体チップを含んだ配線基板の上面が封止樹脂で封止された半導体装置において、前記配線基板の上面に半導体チップのエッジに対向する溝が形成されたことを特徴とする。

配線基板は上面の配線電極と電気的に接続した外部電極を下面に有していることを特徴とする。
封止樹脂が半導体チップの下面の周縁部と側面全体とを覆っていることを特徴とする。

配線基板の溝は、半導体チップのエッジに沿う四角枠形状に形成されていてよい。また配線基板の溝は、半導体チップの隣り合わない一対のエッジに沿って、エッジよりも延出して形成されていてよい。

溝が同一幅であるのが好都合である。四角枠形状の溝の４隅にその直線部よりも幅広い湾曲部が設けられているのが好ましい。また溝断面がＶ形であるのが好都合である。

本発明の半導体装置は、封止樹脂が半導体チップの裏面の周縁部をも封止し、封止樹脂と配線基板との接着面積も増大するため、封止樹脂の密着性を向上できるとともに、配線基板上面の半導体チップの下面エッジ部分の応力集中を低減することができ、耐応力性の向上を実現できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１の実施形態における半導体装置の構成を示す図であり、図１（ａ）は平面図（理解しやすいように封止樹脂は図示していない）、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ-Ａ’箇所の断面図である。

半導体装置は、上面に配線電極１を有し、底面にボール電極２を有した絶縁性樹脂よりなる配線基板３と、配線基板３の上面に接着して搭載された半導体チップ４と、半導体チップ４と配線基板３の配線電極１とを電気的に接続した金属細線５と、半導体チップ４を含んだ配線基板３の上面を封止した絶縁性の封止樹脂６とにより構成されている。製造方法は従来と同様である。

配線基板３，半導体チップ４とも、全体として直方体形状であり、４周の側面は上面，底面に対して垂直方向に配置されている（この外形形状は製造過程上の形状である）。配線基板３には、配線電極１と基板内部で電気的に接続した外部パッド電極（図示せず）が底面に形成され、その外部パッド電極上に外部端子としてのボール電極２が形成されている。ボール電極２は半田ボールであって、実装基板への二次実装の際の高接続信頼性のために付設されるものであり、配線基板３の底面に格子状に配置されている（図５（ｃ）参照）。

この半導体装置が従来のものと異なるのは、配線基板３の上面に半導体チップ４のエッジに対向する溝７が形成され、この溝７も封止樹脂で覆われている点である。
詳細には、配線基板３の上面の溝７は、半導体チップ４のエッジに沿う四角枠形状に形成されており、溝長手方向に沿って同一幅で、コ字形の溝断面を有している。この溝７はレーザー加工によって容易に形成される。半導体チップ４の周縁部はこの溝７上に載り出していて、溝７の２分の１幅程度の位置にエッジがある。封止樹脂６は、半導体チップ４と金属細線５と配線電極１を含んだ配線基板３の上面の実質上全面を封止しており、半導体チップ４については、上面と側面の全体のみならず、溝７に入り込んだ封止樹脂６が半導体チップ４の下面の周縁部をも覆っている。

このため、先に図５を用いて説明した従来構造に比べて、半導体チップ４と封止樹脂６との密着面積が増大し、また配線基板３と封止樹脂６との密着面積が増大し、その結果、半導体チップ４と配線基板との封止樹脂６を介しての密着性が向上する。

また従来構造では、半導体チップ４の裏面の全面が配線基板３に接していることから、配線基板３の上面の半導体チップ４のエッジ部分に応力が集中することが危惧されるが、この第１の実施形態の半導体装置では、半導体チップ４のエッジは溝７上にあり、溝７内の封止樹脂６に載っているため、応力集中を低減できる。

図２は本発明の第２の実施形態における半導体装置の構成を示す図であり、図２（ａ）は平面図（理解しやすいように封止樹脂は図示していない）、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ-Ｂ’箇所の断面図である。

第２の実施形態の半導体装置は、第１の実施形態の半導体装置とほぼ同様の構成を有しており、配線基板３の上面の溝７は、半導体チップ４のエッジに沿う四角枠形状に形成されていて、溝長手方向に沿って同一幅で、コ字形の溝断面を有している。

ただしこの溝７には、四角枠形状の４隅にその直線部７ａよりも幅広い湾曲部７ｂが設けられている。ここに示した湾曲部７ｂは、内周側は直線部７ａよりも内側へ入り込むように湾曲するとともに、外周側は直線部７ｂより外側へ突出するように湾曲している。

この溝７によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるうえに、半導体チップ４のコーナー部の下を湾曲部７ｂとして幅広くしたことで、応力集中をより低減できる。
図３は本発明の第３の実施形態における半導体装置の構成を示す図であり、図３（ａ）は平面図（理解しやすいように封止樹脂は図示していない）、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ-Ｃ’箇所の断面図である。

第３の実施形態の半導体装置は、第１の実施形態の半導体装置とほぼ同様の構成を有しており、配線基板３の上面の溝７は、半導体チップ４のエッジに沿う四角枠形状に形成されていて、溝長手方向に沿って同一幅である。ただしこの溝７はＶ字形の溝断面を有している。

この溝７によれば、第１の実施形態の溝と同様の効果が得られる。さらにこの溝７は、ダイシングブレードを用いて研削するという機械加工によって、第１の実施形態のものよりも容易に形成できる。

図４は本発明の第４の実施形態における半導体装置の構成を示す図であり、図４（ａ）は平面図（理解しやすいように封止樹脂は図示していない）、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ-Ｄ’箇所の断面図である。

第４の実施形態の半導体装置は、第１の実施形態の半導体装置とほぼ同様の構成を有しているが、配線基板３の溝７は、半導体チップ４の隣り合わない一対のエッジに沿って、２本形成されている。各溝７はエッジよりも両側に長く延びている。

この溝７によっても、第１の実施形態の溝と同様の効果が得ることができ、半導体チップ４のコーナー部の下面に集中する応力も低減することができる。エッジよりも長く延びた延出部７ｃで、応力集中を緩和させるのに充分に対応可能である。

図５は本発明の第５の実施形態における半導体装置の構成を示す図であり、図５（ａ）は平面図（理解しやすいように封止樹脂は図示していない）、図５（ｂ）は図５（ａ）のＥ-Ｅ’箇所の断面図である。

第５の実施形態の半導体装置は、第１の実施形態の半導体装置と同様の構成を有しているが、半導体チップ４は金属突起８を有していて、配線基板３の上面にフリップチップ実装されている。

フリップチップ実装では、第１の実施形態の半導体装置と相違して、半導体チップ４と配線基板３の上面との間に間隙が生じ、この間隙に封止樹脂６に入り込むのであるが、この場合も、半導体チップ４のエッジに対向する溝７が配線基板３の上面に形成されていることによって、配線基板３と封止樹脂６との密着面積が増大し、半導体チップ４と配線基板との封止樹脂６を介しての密着性が向上する。半導体チップ４の裏面の全面が配線基板３に接している第１の実施形態の半導体装置と比べて、配線基板３上面の半導体チップ４下面エッジ部分への応力集中は小さいが、溝７内の封止樹脂６はこの応力集中を低減する。

以上の第１〜第５の実施形態の半導体装置では、約３０ｍｍ角、厚み約０.５５ｍｍの配線基板３の表面に半導体チップ４を搭載する際に、溝７を幅約０.０５ｍｍ〜１.０ｍｍ、半導体チップ４の厚みの約４０％以下の深さに形成したところ、応力集中の緩和に充分に対応することができた。

なお以上の各実施形態では、ＢＧＡタイプの半導体装置について説明したが、溝７を配線基板３の上面に形成する構成は、他のエリアアレイタイプの半導体装置はもちろん、エリアアレイタイプ以外であっても配線基板上に半導体チップを搭載するタイプの半導体装置であれば、適用して、同様の効果を得ることができる。第２，第４，第５の実施形態の溝７にＶ字形の溝断面を持たせるなどの変更も可能である。配線電極１やボール電極２の配置なども、図示したものに限定されない。

本発明の半導体装置の構成は、半導体チップと封止樹脂の密着性を向上することができ、配線基板上面の半導体チップの下面エッジ部分にかかる応力集中を低減する効果があるので、ＢＧＡタイプの半導体装置などに有用である。

本発明の第１の実施形態における半導体装置の構成図 本発明の第２の実施形態における半導体装置の構成図 本発明の第３の実施形態における半導体装置の構成図 本発明の第４の実施形態における半導体装置の構成図 本発明の第４の実施形態における半導体装置の構成図 従来の半導体装置の構成図

符号の説明

１ 配線電極
２ ボール電極
３ 配線基板
４ 半導体チップ
５ 金属細線
６ 封止樹脂
７ 溝
7b 湾曲部
7c 延出部
８ 金属突起

Claims (8)

1. 配線基板の上面に半導体チップが搭載され、前記半導体チップを含んだ配線基板の上面が封止樹脂で封止された半導体装置において、前記配線基板の上面に半導体チップのエッジに対向する溝が形成された半導体装置。
2. 配線基板は上面の配線電極と電気的に接続した外部電極を下面に有している請求項１記載の半導体装置。
3. 封止樹脂が半導体チップの下面の周縁部と側面全体とを覆っている請求項１記載の半導体装置。
4. 配線基板の溝は半導体チップのエッジに沿う四角枠形状に形成されている請求項１記載の半導体装置。
5. 配線基板の溝は、半導体チップの隣り合わない一対のエッジに沿って、エッジよりも延出して形成されている請求項１記載の半導体装置。
6. 溝が同一幅である請求項４または請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
7. 四角枠形状の溝の４隅にその直線部よりも幅広い湾曲部が設けられた請求項４記載の半導体装置。
8. 溝断面がＶ形である請求項４または請求項５のいずれかに記載の半導体装置。

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