JP2006237459A

JP2006237459A - 配線基板およびそれを用いた半導体装置

Info

Publication number: JP2006237459A
Application number: JP2005052830A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kaneko; 英之金子
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】配線基板上に形成されたリード上のバンプと半導体チップの電極パッドを接合し、配線基板と半導体チップの間隙に封止樹脂で封止する場合、封止樹脂の硬化時に、封止樹脂中にボイドが残留し、信頼性の問題が発生する。
【解決手段】本発明の配線基板は、表面上に導体金属からなる複数のリード２２と、リード２２上に形成されたバンプ２５とを備えた配線基板において、リード２２はリード２２の先端方向に向かってリード幅が先細りで減少し、バンプ２５もリード２２に対応してバンプ幅が先細りしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップのパッド電極と接合し、半導体装置を形成するのに用いる樹脂基板やフィルム基板等の配線基板およびそれを用いた半導体装置に関し、特に配線基板上に形成されるリード配線、リード配線上で半導体チップのパッド電極と対向する位置に形成されたバンプの形状に関する。

従来の樹脂基板やフィルム基板等の配線基板とそれを用いた半導体装置について、図面を用いて説明する。

図７は、配線基板と半導体チップを接合し、樹脂封止した半導体装置およびその製造方法を示す構成図および工程断面図であり、図８は配線基板上に形成され、半導体チップの電極パッドと接合されるバンプが形成されたリード配線を示す構成図である。

配線基板１上には、リード配線であるリード２が形成され、リード２の先端近傍にリード２に覆い被さるようにメッキにてバンプ５が形成されている。配線基板１に搭載する半導体チップ３には、外部電極となる電極パッド６が形成され、半導体チップ３はフェイスダウンで、電極パッド６と配線基板１のバンプ５を接合する。製造する工程としては、半導体チップ３をフェイスダウンで配線基板１に搭載する前に予め、半導体チップ３と配線基板１の間隙を埋める封止樹脂４を配線基板１上に適量滴下しておく（図７（ａ）、（ｂ））。次に、電極パッド６とバンプ５を位置合わせして、半導体チップ３を配線基板１に加熱、加圧し、加圧により封止樹脂４が半導体チップ３の下から半導体チップ３の外へはみ出すように押し出される（図７（ｃ））。その後、電極パッド６とバンプ５が接合され、封止樹脂４は加熱により完全硬化され、半導体装置ができあがる（図７（ｄ））。

図８は配線基板１に形成されるリード２とバンプ５の形状を示す上面図、側面図、およびバンプ５部分でのリード２の長手方向に垂直な面での断面図である。

バンプ５はリード２上にメッキにて形成されるため、リード２の形状が反映される。リード２は同じ高さで同じ幅で形成され、先端は細くなっている場合が多いが、バンプ５はリード２の先端より手前の幅が同じところに形成されるため、そのままリード先端側端面７からリード遠方側端面８まで、同じ高さで同じ幅をした、円柱を軸心方向に２分割したいわゆる半円柱型の形状をしている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００４−２２１３２０号公報特開２００４−２２１３１９号公報

バンプ５の形状が従来の半円柱型では、半導体チップ３の電極パッド６と配線基板１のバンプ５を接合する際に用いる間隙を埋める封止樹脂４を硬化させる時に、封止樹脂４中にボイドが発生する。

ここで、ボイドの発生原因について述べる。ボイドの発生原因は、大きく分けて３つ考えられる。

１つ目は、封止樹脂４を配線基板１上に滴下する以前に、封止樹脂４そのものの中に含まれていた場合が考えられる。この場合の対策としては、封止樹脂４を滴下する前に何らかの方法で脱泡しておくことが必要になる。

２つ目は、接合の工程で、半導体チップ３を配線基板１に加圧して押しつける際に、封止樹脂４が半導体チップ３の内から外へ押し出され、封止樹脂４と半導体チップ３、封止樹脂４と配線基板１との濡れ性の差によって、半導体チップ３内部で封止樹脂４の流れに速度差が生じ、流れの遅い部分にエアーを巻き込む形でボイドが発生してしまう。

３つ目は、封止樹脂４が半導体チップ３の中心付近から外へ押し出される際に、バンプ５とバンプ５の間を通り抜けるが、バンプ５間は、隙間が狭く、封止樹脂４の押し出しに対して非常に大きな抵抗となり、バンプ５の形状によって樹脂の速度差が生じ、バンプ５周辺の濡れ性の差を際だたせることになってしまい、流れの遅い部分にエアーを巻き込む形でボイドが発生してしまう。

３つ目について、図９を用いて、バンプ５が形成された複数のリード２間における封止樹脂４の流れ、ボイドが発生する原因を説明する。封止樹脂４は予め配線基板１の中央に滴下されており、半導体チップ３を押しつけると封止樹脂４は半導体チップ３の中心付近から外へはみ出すように押し出されるため、封止樹脂４の流れとしては、矢印１０に示す方向となる。リード２の先端から流れた封止樹脂４がバンプ５のリード２からの出っ張りであるリード先端側端面７に達すると、リード先端側端面７とバンプ側面９のなす角度は９０度(広がり角０度)で、封止樹脂４がリード先端側端面７に衝突するため渦が発生し、角部以降でバンプ側面９に沿って大きな流れの乱れが生じ、かつ減圧部が起こり、リード遠方側端面８で再び渦が発生することになり、ボイドが発生する場合がある。また、減圧部は、先の２つ目のボイド発生理由で述べた濡れ性の差を助長する働きを持ち、結果的にボイド発生の原因になる。リード２間の封止樹脂４の流れを矢印１１で示す。

封止樹脂４中にボイドが発生、あるいは残ることによって、その後のパッケージ品としての信頼性に影響が出る。封止樹脂４中、特にバンプ５とバンプ５の間に多くの、あるいは大きなボイドが残った場合、パッケージの対湿性が弱くなる。封止樹脂４を用いたパッケージにおいては、封止樹脂４と半導体チップ３、封止樹脂４と配線基板１との間の密着性の問題から、多少の水分侵入は避けられない。水分が侵入した場合、水分は更に内部ヘ侵入しようとするが、ここにボイドが存在した場合に、ボイド部は水分侵入に対し、何の障害にもならず、単なる通り道になってしまう。また、隣接するバンプ５間でのマイグレーションの発生場所にもなる。これが、ボイドが及ぼす信頼性低下の要因である。

本特許の目的は、半導体チップと配線基板を接合させ、両者の間隙を埋める封止樹脂を硬化させる際に封止樹脂中にボイドを発生させない、あるいは発生しても信頼性に対し影響が最小化できるバンプの形状を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の配線基板は、表面上に導体金属からなる複数のリードと、前記リードの一部上でその上面および両側面を覆ったバンプとを備えた配線基板において、前記リードの前記一部は前記リードの先端方向に向かってリード幅が先細りで減少し、前記バンプも前記リードに対応してバンプ幅が先細りしていることを特徴とする。

また、他の配線基板は、表面上に導体金属からなる複数のリードと、前記リードの一部上でその上面および両側面を覆ったバンプとを備えた配線基板において、前記リードの前記一部は前記リードの先端方向に向かってリード幅が中間領域で幅広であり、前記バンプも前記リードに対応してバンプ幅が中間領域で幅広であることを特徴とする。

さらに、他の配線基板は、表面上に導体金属からなる複数のリードと、前記リードの一部上でその上面および両側面を覆ったバンプとを備えた配線基板において、前記リードの前記一部は前記リードの先端方向に向かって、前記リードの一方の側面に凸部を有し、位置をずらせて他方の側面に凸部を有し、前記バンプも前記リードに対応してバンプ幅がジグザグ状の幅広部を有することを特徴とする。

本発明の配線基板によれば、半導体チップの電極パッドと配線基板のバンプを接合し、半導体チップと配線基板の間隙を封止樹脂で封止する際、隣接するリードのバンプ間の距離を狭め、封止樹脂の流れを収束するようにしているために、バンプ側面に沿った封止樹脂の流れに渦が発生することを抑え、封止樹脂中にボイドが発生することを抑える効果がある。その結果、半導体装置の信頼性が向上する。

本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は配線基板上に形成され、半導体チップの電極パッドと接合されるバンプが形成されたリード配線を示す本発明の第１の実施形態における構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はバンプ部分でのリードの長手方向に垂直な面での断面図である。配線基板２３上に形成された導体金属からなるリード２２の先端が先細りする長さを長くし、リード２２の幅が変わっていくところにメッキにてバンプ２５を形成する。形成されるバンプ２５の形状は、リード先端側端面２７では、配線基板２３からの高さが最も低く、幅は最狭である。バンプ２５の高さと幅はリード先端側端面２７から遠ざかるにしたがって高く、かつ幅は広くなる。リード先端側端面２７とは反対側のリード遠方側端面２８でバンプ２５の配線基板２３からの高さは最も高く、かつ最も幅が広くなる。この場合、バンプ２５は緩やかな幅変化をし、屈曲点が存在しない流線形をなしている。

図２は図１に示す形状のリード２２およびバンプ２５において、複数のリード２２間における封止樹脂４の流れを示す概略図である。

封止樹脂４は予め配線基板２３の中央に滴下されており、半導体チップ３を押しつけると封止樹脂４は半導体チップ３の中央部分から外へはみ出すように押し出されるため、封止樹脂４の流れとしては、矢印３０に示す方向となる。リード先端側端面２７とは反対側のリード遠方側端面２８に近づくに従ってバンプ２５間の幅は狭くなっていき、封止樹脂４の流れは収束方向となり、渦が発生しにくくなる。リード２２間の封止樹脂４の流れを矢印３１で示す。バンプ側面２９の広がり角度２６は１５〜４５度に規定している。本角度は、パッケージ毎に使用する封止樹脂、配線基板、半導体チップの物性値、接合条件によって最適な角度は決まる。

図３は配線基板上に形成され、半導体チップの電極パッドと接合されるバンプが形成されたリード配線を示す本発明の第２の実施形態における構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はバンプ部分の断面図である。

配線基板３３上に形成されたリード３２はその先端から遠方側にいくにつれて滑らかに、かつ徐々に幅が広がり、最大幅の部分からさらに遠方側にいくにつれて滑らかに、かつ徐々に幅が狭くなる構成とする。つまり、リード３２の一部にビア樽形状の膨らみを持たせた形状とする。その膨らみ部分を含むリード３２にメッキにてバンプ３５を形成する。形成されるバンプ３５の形状は、リード先端側端面３７およびリード遠方側端面３８では、配線基板３３からの高さが低く、幅は狭く、バンプ３５の中央に向かって、配線基板３３からの高さは高くなり、幅は広くなる。バンプ３５の中央近辺でバンプ３５の高さは最も高く、かつ最も幅が広くなる。この場合、バンプ３５は緩やかに幅が変化をし、屈曲点が存在しない流線形をなしている。中央近辺と記載したのは、完全に中央である必要がないためである。

図４は図３に示す形状のリード３２およびバンプ３５において、複数のリード３２間における封止樹脂４の流れを示す概略図である。

封止樹脂４は予め配線基板３３の中央に滴下されており、半導体チップ３を押しつけると封止樹脂４は半導体チップ３の外へはみ出すように押し出されるため、封止樹脂４の流れとしては、矢印４０に示す方向となる。リード先端側端面３７とは反対側の中央側に近づくに従ってバンプ３５間の幅は狭くなっていき、封止樹脂４の流れは収束方向となり、その後、中央側からリード遠方側端面３８に近づくに従ってバンプ３５間の幅は広くなっていき、封止樹脂４の流れは広がる方向となり、渦が発生しにくくなる。リード３２間の封止樹脂４の流れを矢印４１で示す。バンプ側面３９のバンプ端からの広がり角度３６は１５〜４５度に規定している。本角度は、パッケージ毎に使用する封止樹脂、配線基板、半導体チップの物性値、接合条件によって最適な角度は決まる。

図５は配線基板上に形成され、半導体チップの電極パッドと接合されるバンプが形成されたリード配線を示す本発明の第３の実施形態における構成図および複数のリード間における封止樹脂の流れを示す概略図である。

配線基板４３上に形成されたリード４２はそれぞれの側面にジグザグ状に滑らかに、かつ徐々に幅が広がる凸部を備えている。それぞれの側面に位置をずらせて凸部を備えたリード４２部分を含むリード４２にメッキにてバンプ４５を形成する。形成されるバンプ４５の形状は、リード先端側端面４７およびリード遠方側端面４８では、配線基板４３からの高さが低く、幅は狭く、バンプ４５の中央に向かって、配線基板４３からの高さは高くなり、幅は広くなる。この場合、バンプ４５は緩やかな幅変化をし、屈曲点が存在しない流線形をなしている。

リード４２間では、隣り合うリード４２で、凸部を形成するそれぞれの側面の位置をずらせることにより、バンプ４５間で形成される間隙がＳ字状の形状となるようにしている。封止樹脂４の流れとしては、矢印５０に示す方向となる。リード先端側端面４７とは反対側の中央側に近づくに従ってバンプ４５間の幅は狭くなっていき、封止樹脂４の流れは収束方向となり、その後、中央側からリード遠方側端面４８に近づくに従ってバンプ４５間の幅は広くなっていき、封止樹脂４の流れは広がる方向となり、渦が発生しにくくなる。リード４２間の封止樹脂４の流れを矢印５１で示す。

図６は配線基板上に形成され、半導体チップの電極パッドと接合されるバンプが形成されたリード配線を示す本発明の第４の実施形態における構成図および複数のリード間における封止樹脂の流れを示す概略図である。

本実施形態は、図３に示すリード３２と類似の形態で、配線基板５３上に形成されたリード５２を膨らませる位置を中央からいずれかのリード端の方向にずらせている。リード５２間では、隣り合うリード５２で、膨らみを形成するそれぞれの端面からの位置をずらせることにより、バンプ５５間で形成される間隙がＳ字状の形状となるようにしている。封止樹脂４の流れとしては、矢印６０に示す方向となる。リード先端側端面５７とは反対側の中央側に近づくに従ってバンプ５５間の幅は狭くなっていき、封止樹脂４の流れは収束方向となり、その後、中央側からリード遠方側端面５８に近づくに従ってバンプ５５間の幅は広くなっていき、封止樹脂４の流れは広がる方向となり、渦が発生しにくくなる。リード５２間の封止樹脂４の流れを矢印６１で示す。

第３と第４の実施形態においては、バンプ幅の位置と隣接するバンプとの関係を示したものであり、隣接するバンプ間で最大幅の位置が重なり合わず、オフセットされた形にすることにより、封止樹脂の流れを滑らかにした構成とした。

配線基板としては、樹脂基板、フィルム基板の他、セラミック、ガラス等の基板でも良いことは言うまでもない。

本発明の配線基板を用いた半導体装置は、表面にパッド電極を有し、配線基板のバンプとパッド電極とをフェイスダウンで接続した半導体チップと、配線基板と半導体チップの間に封入した封止樹脂とで構成される。

本発明にかかる配線基板は、樹脂を先に滴下し、バンプにより半導体チップをフリップチップ方式で接合する方式のすべての半導体装置に適用が可能である。

本発明の第１の実施形態における配線基板のリード部を示す構成図本発明の第１の実施形態における配線基板を用いた場合の封止樹脂の流れを示す概略図本発明の第２の実施形態における配線基板のリード部を示す構成図本発明の第２の実施形態における配線基板を用いた場合の封止樹脂の流れを示す概略図本発明の第３の実施形態における配線基板のリード部を示す構成図本発明の第４の実施形態における配線基板のリード部を示す構成図配線基板に半導体チップを搭載し、間隙を封止樹脂で封止する半導体装置の製造方法を示す構成図および工程断面図従来の配線基板のリード部を示す構成図従来の配線基板を用いた場合の封止樹脂の流れを示す概略図

符号の説明

２２、３２、４２、５２リード
２３、３３、４３、５３配線基板
２５、３５、４５、５５バンプ

Claims

表面上に導体金属からなる複数のリードと、前記リードの一部上でその上面および両側面を覆ったバンプとを備えた配線基板において、前記リードの前記一部は前記リードの先端方向に向かってリード幅が先細りで減少し、前記バンプも前記リードに対応してバンプ幅が先細りしていることを特徴とする配線基板。
リード幅が一定な部分のリード側面に対する先細りの角度は１５度以上４５度以下である請求項１記載の配線基板。
表面上に導体金属からなる複数のリードと、前記リードの一部上でその上面および両側面を覆ったバンプとを備えた配線基板において、前記リードの前記一部は前記リードの先端方向に向かってリード幅が中間領域で幅広であり、前記バンプも前記リードに対応してバンプ幅が中間領域で幅広であることを特徴とする配線基板。
リード幅が中間領域で幅広である形状がビア樽状の膨らみを持たせた形状であることを特徴とする請求項３記載の配線基板。
リードの先端からの広がり角度は、１５度以上４５度以下であることを特徴とする請求項３記載の配線基板。
隣接するリードのバンプは、バンプ幅が幅広となる位置が隣同士で異なることを特徴とする請求項３記載の配線基板。
表面上に導体金属からなる複数のリードと、前記リードの一部上でその上面および両側面を覆ったバンプとを備えた配線基板において、前記リードの前記一部は前記リードの先端方向に向かって、前記リードの一方の側面に凸部を有し、位置をずらせて他方の側面に凸部を有し、前記バンプも前記リードに対応してバンプ幅がジグザグ状の幅広部を有することを特徴とする配線基板。
隣接するリードのバンプは、バンプ幅が幅広となる位置が隣同士で異なることを特徴とする請求項７記載の配線基板。
請求項１、３または７のいずれかに記載の配線基板と、表面に電極パッドを有し、前記配線基板のバンプと前記電極パッドとをフェイスダウンで接続した半導体チップと、前記配線基板と前記半導体チップの間に封入した封止樹脂とを備えた半導体装置。