JP2006287048A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】封止樹脂層５の表面に配置される半田ボール７を支えるポスト６は、実装時に、半田ボール７の熱膨張による力を受け、内部応力が周囲に集中して、破壊され易い等の課題があった。
【解決手段】封止樹脂層５の表面に設けられる１つの半田ボール７を支えるためのポスト６を、複数本のポスト６１，６２により構成する。複数本のポスト６１，６２は、支える半田ボール７の外周に沿うように立てられたポスト６１と、その内側に設けられたポスト６２とする。
【効果】１つの半田ボール７を支えるのに、複数本のポスト６１，６２を設けることにより、各ポスト６１，６２の径が小さくなり、いわゆる免震構造のポストを実現して、実装信頼性を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体装置に関し、特に、ＷＬ−ＣＳＰ（ウエハレベルチップスケールパッケージ： Wafer Level-Chip Scale Package 、または、ウエハレベルチップサイズパッケージ：Wafer Level-Chip Size Package)の半導体装置に関する。

最近、半導体装置の小型化、高機能化および高性能化を可能にするＷＬ−ＣＳＰの実用化が進んでいる。ＷＬ−ＣＳＰは、ウエハ状態でパッケージング工程が完了され、ダイシングによって切り出された個々のチップサイズがパッケージサイズとなる。
ＷＬ−ＣＳＰの半導体装置は、図６に示すように、半導体チップ１０１の表面に絶縁層１０２が積層され、絶縁層１０２の一部に電極パッド１０３が表出している。そして、絶縁層１０２上には、再配線１０４が形成されており、この再配線１０４は、電極パッド１０３に接続されている。そして、絶縁層１０２および再配線１０４上には、エポキシ樹脂からなる封止樹脂層１０５が積層され、再配線１０４は、封止樹脂層１０５を貫通するポスト１０６を介して、封止樹脂層１０５の表面に配設された半田ボール１０７に接続されている。
特開２００１−２９８１２０号公報

ところで、このような半導体装置を実装する場合においては、半田ボール１０７が溶融して熱膨張するが、半田ボール１０７を支えるポスト１０６も、半田ボール１０７の熱の影響を受けて膨張し、ポスト１０６の周面部に応力が集中する。そして、ポスト１０６の直径が大きい場合、それに比例して熱膨張時に生じる応力が増し、実装時の信頼性を低下させるという課題が見つかった。

そこでこの発明は、実装時にポストに生じる応力を少なくし、実装信頼性が向上された半導体装置を提供することを主たる目的とする。
この発明は、また、実装時に外部接続用電極に生じる応力を、免震構造のポストが吸収して、実装信頼性の良い半導体装置を提供することを他の目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、半導体チップ（１）と、上記半導体チップの表面を覆う封止樹脂層（５）と、上記封止樹脂層を貫通して設けられ、封止樹脂層の表面側に設けられる外部電極（７）を支えるためのポスト（６）とを有し、上記ポスト（６）は、１つの外部電極（７）に対し複数本（６１，６２）が設けられていることを特徴とする半導体装置である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表わす。以下、この項において同じ。
この構成によれば、１つの外部電極（半田ボール等）に対して、複数本のポスト（６１，６２）が設けられている。つまり、１つの外部電極は、複数本のポスト（６１，６２）によって支えられている。このため、実装時に、外部電極から受ける力は、複数本のポスト（６１，６２）によって分散して受け止められ、実装信頼性が向上する。

また、１つの外部電極を支える複数本の各ポスト（６１，６２）は、１つの外部電極を１本のポストで支える場合に比べて、相対的に径が小さなポストでよい。従って、各ポスト内に生じる応力は、径が小さいことに比例して小さく、いわゆる免震構造のポストとすることができる。
請求項２記載の発明は、上記複数本のポスト（６１，６２）は、支える外部電極（７）の外周に沿うように設けられていることを特徴とする、請求項１記載の半導体装置である。

この構成によれば、複数本のポスト（６１，６２）は、外部電極の外周にそって、外部電極に接合され、外部電極を安定して支えることができる。
請求項３記載の発明は、上記支える外部電極の外周に沿うように設けられた複数本のポスト（６１）で囲われた内側にも、ポスト（６２）が設けられていることを特徴とする、請求項２記載の半導体装置である。

この構成によれば、外部電極の外周沿いに加え、その内側もポスト（６２）で支持されるので、外部電極（７）をより安定して支えることができる。
請求項４記載の発明は、上記半導体チップ（１）の表面には、電極パッド（３）が配置されており、上記複数本のポストのうちの少なくとも１本は、上記電極パッド（３）と接続するように設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置である。

ポストは複数本設けられているので、複数本のポストの全てが、外部電極（７）と半導体チップ表面の電極パッド（３）との間を電気的に接続する必要はなく、少なくとも１本のポスト（６２）を、電極パッド（３）と接続するように立てれば、外部電極（７）と電極パッド（３）との電気的接続が図れる。それゆえ、ポストを立てる位置を柔軟に設計することができる。

請求項５記載の発明は、上記半導体チップ（１）の表面には、絶縁層（２）を介して上記封止樹脂層（５）が設けられており、上記電極パッド（３）は上記絶縁層（２）から表出していることを特徴とする、請求項４記載の半導体装置である。
上述の構成のように、電極パッド（３）は、絶縁層（２）から表出しており、ポストを立てるに当たり、封止樹脂層（５）にのみ孔を形成すればよい。

請求項６記載の発明は、上記絶縁層の上には、上記電極パッドと接続され、上記封止樹脂層によって覆われている再配線（４）が設けられており、上記複数本のポストのうちの少なくとも１本（６２）は、上記再配線（４）に接続するように設けられていることを特徴とする、請求項５記載の半導体装置である。
上述の構成でも、請求項４記載の構成と同様、ポストを立てる位置を柔軟に設計することができる。

請求項７記載の発明は、上記封止樹脂層の表面には、上記複数本のポストと接続された外部電極用の台座（８）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置である。
この構成によれば、封止樹脂層の表面に外部電極用の台座（８）が設けられているので、外部電極（７）をより安定して配置することができる。また、台座は複数本のポストで支えられており、免震構造はそのまま維持されている。

この発明に係る外部電極と、ポストとの大きさの比率は、請求項８記載のように、外部電極の直径に比べてポストの直径は１／５以下程度であり、かかる直径の複数本のポストにより、外部電極を信頼性良く支えることができる。
この発明は、請求項９記載のように、ＷＬ−ＣＳＰの半導体装置にとって好適な構成となる。

以下には、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明をする。
図１は、この発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、たとえばシリコンで形成された半導体チップ１と、半導体チップ１の表面（機能素子が形成されている側の面）に積層された絶縁層２と、絶縁層２から表出するように、半導体チップ１の表面に配置された表面電極としての電極パッド３と、絶縁層２の上に形成され、電極パッド３と電気的に接続されている再配線４と、再配線４および絶縁層２を覆うように積層された封止樹脂層５と、封止樹脂層５を上下方向に貫通するように設けられた複数本のポスト６（６１，６２）と、封止樹脂層５の表面であって、複数本のポスト６の上に配置された外部電極としてのたとえば半田ボール７とを備えている。

なお、図１では省略されているが、半導体チップ１の表面がパッシベーション膜（表面保護膜）で覆われ、その上に絶縁層２が積層された構成であってもよい。その場合、パッシベーション膜は、たとえば酸化シリコンまたは窒化シリコンにより形成することができ、半導体チップ１の表面全域を被覆するように形成するのが好ましい。
図２は、図１におけるＡ部分の平面視の略図で、半田ボール７の下の複数本のポスト６の配置状態を説明するための図である。

図１および図２を参照して、絶縁層２は、たとえば、ポリイミドからなる。電極パッド３は絶縁層２から表出しており、アルミニウムなどの金属により内部配線の一部を外部電極７と接続するために設けられたものである。
再配線４は、たとえば、銅などの金属材料を用いて形成され、絶縁層２の表面に沿って、封止樹脂層５を挟んで半田ボール７と対向する位置まで延びている。再配線４は、銅以外の金属としては、銀、金、錫またはこれらの合金により形成することもできる。

封止樹脂層５は、たとえば、エポキシ樹脂からなり、半導体チップ１の表面側を封止している。この封止樹脂層５は、絶縁層２および再配線４の表面側を覆い尽くし、その表面が平坦面に形成されている。
封止樹脂層５に立てられた複数本のポスト６（６１，６２）は、それぞれ、円柱状をし、封止樹脂層５を上下に貫通して設けられている。この実施形態では、複数本のポスト６は、再配線４の上に立てられており、当該複数本のポスト６によって、再配線４と封止樹脂層５の表面に設けられた半田ボール７とが接続されている。

なお、半田ボール７は、図示しない配線基板などとの接続（外部接続）のための外部電極である。この外部電極は、半田に限らず、他の金属ボールであってもよい。
この実施形態の特徴は、封止樹脂層５を貫通して立てられたポスト６が、１つの半田ボール７（１つの外部電極）に対して１本だけ設けられた従来構造ではなく、１つの半田ボール７に対して複数本のポスト６が立てられていることである。ポスト６を複数本設けることにより、ポスト６に応力が生じたときに、応力を分散させることができ、耐応力性の向上が図れて、実装時の信頼性が増す。換言すれば、１つの半田ボール７を支えるポスト６を多数本構造とすることにより、ポスト６を免震構造とすることができる。

また、複数本のポスト６の中の所定のポスト６１は、半田ボール７の外周に沿うように、平面視略円形に配列されている。さらに、この円形に配置された複数本のポスト６１の内側にも、ポスト６２が立てられている。通常、半田ボール７は、封止絶縁層５の表面に露出しているポスト上面にしか濡れ広がらず、封止樹脂層５の表面には接合しない。このため、径の細いポスト６は、単体では、半田ボール７との接合性が低い。そこで、複数本のポスト６１，６２を、半田ボール７の外周に沿うように円形に配置し（ポスト６１）、かつ、その内側にも配置する（ポスト６２）ことにより、複数本のポスト６１，６２が半田ボール７と広範囲で接合する。よって複数本のポスト６１，６２により半田ボール７は確実にかつしっかりと支えられている。

半田ボール７およびポスト６の寸法を例示すれば、半田ボール７はその直径が約３００μ程度である。一方、ポスト６は、その直径φがφ＝２０〜６０μ程度である。
このように半田ボール７の直径に対し、１本のポスト６の直径φを１／５程度以下で、かつ、１／１５程度までの範囲内とすることにより、ポスト６の耐応力特性を格段に向上させることができる。

図３は、この発明の他の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図３に示す半導体装置が、図１に示す半導体装置と異なる点は、少なくとも１本のポスト６２が電極パッド３の上に立てられており、再配線４が省略された構造になっていることである。
すなわち、半田ボール７の外周に沿うように平面視円形に配列された複数本のポスト６１は、絶縁層２の上に立てられており、複数本のポスト６１で囲われた内側のポスト６２は、電極パッド３の上に立てられている。よって、この構造では、電極パッド３と半田ボール７との電気的導通は、中央のポスト６２だけにより達成されており、周囲のポスト６１は、半田ボール７を支える機能を果たしている。

かかる構成であっても、ポスト６（ポスト６１，６２）を多数本とし、これら多数本のポスト６０（６１，６２）によって半田ボール７という１つの外部電極を支えることにより、半田ボール７を支えるポスト６の免震構造を実現でき、実装時の信頼性が向上する。 図４は、この発明のさらに他の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図４の構成は、図１の構成に加えて、封止樹脂層５の表面に、半田ボール７を配置するための台座８が設けられている点である。台座８は、たとえば銅、ニッケルもしくは金、または、これらの合金等の金属材料で構成することができる。台座８は、半田ボール７を配置する位置に設けられており、複数本のポスト６の上端と接続されている。かかる台座８を設けることにより、台座８によって半田ボール７をより確実にかつ強固に接合することができる。そして実装時に、半田ボール７に生じる熱膨張に伴う力は、台座８へ伝わるが、台座８は複数本のポスト７で支えられているため、複数本のポスト６により半田ボール７に生じる力が良好に吸収され、実装時にポスト７が壊れたりすることがない。

図５は、この発明のさらに他の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図５に示す構成は、図３に示す構成において、封止樹脂層５の表面に半田ボール７を配置するための台座８が設けられたものである。台座８は、図４の構成と同様、銅、ニッケルもしくは、金またはこれらの合金により構成されている。図５に示す構成も、図４に示す構成と同様、半田ボール７の取り付けを、より確実にすることができる。

以上、この発明のいくつかの実施形態について説明したが、この発明は請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。たとえば、１つの外部電極を支えるための複数本のポストの数や配置位置は、上記各実施形態に限定されるものではない。要は、１つの外部電極が、複数本のポストにより確実に支えられる構成であればよい。
また、上述の実施形態では、この発明の特徴である複数本のポスト６に関する部分を中心に説明したが、この発明は、ＷＬ−ＣＳＰの半導体装置に良好に適用することができる。また、ＷＬ−ＣＳＰの半導体装置以外であっても、実装基板に対して、半導体チップの表面を対向させて、半導体チップの裏面が露出した状態で実装（ベアチップ実装）される半導体装置に対しても適用することができる。

この発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 図１に示す半導体装置の半田ボール７部分の平面視の図である。 この発明の他の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 従来の半導体装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 半導体チップ
２ 絶縁層
３ 電極パッド
４ 再配線
５ 封止樹脂層
６，６１，６２ ポスト
７ 半田ボール（外部電極）
８ 台座

Claims (9)

1. 半導体チップと、
   上記半導体チップの表面を覆う封止樹脂層と、
   上記封止樹脂層を貫通して設けられ、封止樹脂層の表面側に設けられる外部電極を支えるためのポストとを有し、
   上記ポストは、１つの外部電極に対し複数本が設けられていることを特徴とする半導体装置。
2. 上記複数本のポストは、支える外部電極の外周に沿うように設けられていることを特徴とする、請求項１記載の半導体装置。
3. 上記支える外部電極の外周に沿うように設けられた複数本のポストで囲われた内側にも、ポストが設けられていることを特徴とする、請求項２記載の半導体装置。
4. 上記半導体チップの表面には、電極パッドが配置されており、
   上記複数本のポストのうちの少なくとも１本は、上記電極パッドと接続するように設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 上記半導体チップの表面には、絶縁層を介して上記封止樹脂層が設けられており、
   上記電極パッドは上記絶縁層から表出していることを特徴とする、請求項４記載の半導体装置。
6. 上記絶縁層の上には、上記電極パッドと接続され、上記封止樹脂層によって覆われている再配線が設けられており、
   上記複数本のポストのうちの少なくとも１本は、上記再配線に接続するように設けられていることを特徴とする、請求項５記載の半導体装置。
7. 上記封止樹脂層の表面には、上記複数本のポストと接続された外部電極用の台座が設けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置。
8. 上記外部電極は、平面視でその直径が３００μ程度であり、
   上記ポストは、平面視で直径が２０〜６０μ程度の円柱体であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置。
9. 上記半導体装置は、ＷＬ−ＣＳＰの半導体装置であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の半導体装置。

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