JP2006303035A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＢＧＡ型半導体装置の実装状態の確認を簡便かつ容易に行う。
【解決手段】 半導体装置１０は、ＢＧＡ型の半導体装置であり、配線基板２０と、配線基板２０にワイヤボンディング実装された半導体チップ３０と、半導体チップ３０と電気的に接続され、半導体チップ３０の表面とは反対側の配線基板２０の裏面上に突出した複数の外部電極と、配線基板２０の側面および配線基板２０の裏面に対して凹部となるように形成されたハンダ接合部６０とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型半導体装置に関する。より具体的には、本発明はＢＧＡ型半導体装置の実装技術に関する。

従来、ＢＧＡ型半導体装置は、半導体チップがワイヤーボンディングまたはフリップチップにより基板に実装され、基板に実装された半導体チップが封止樹脂によりモールドされるとともに、基板裏面に半導体チップと電気的に接続された複数のハンダボールがアレイ状に突設した構造を有する。
特開平０８−０７８５５４号公報

従来のＢＧＡ型半導体装置では、実装基板への実装状態を確認するためにＸ線検査装置などの特殊な設備が必要とされていた。Ｘ線検査による実装状態の確認は、製造工程の複雑化を招くとともに、製造時間の長期化の要因となっていた。また、検査装置の設置および維持は半導体製造コストを増大させていた。

また、ＢＧＡボールの狭ピッチ化にともなうハンダ量の低下により半導体装置の位置決め精度が低下することが懸念されている。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＢＧＡ型半導体装置の実装状態の確認を簡便かつ容易に行うことができる技術の提供にある。本発明の他の目的は、ＢＧＡボールの狭ピッチ化にともなってハンダ量の低下した場合にもセルフアライメント効果が期待できる実装技術の提供にある。

本発明の半導体装置のある態様は、基板と、基板に実装された半導体チップと、半導体チップと電気的に接続され、半導体チップの表面とは反対側の基板の裏面上に突出した複数の外部電極と、基板の端面および基板の裏面に対して凹部となるように形成されたハンダ接合部と、を備えている。

この態様によれば、ＢＧＡ型半導体装置の実装基板への実装状態の検査において、ハンダ接合部に接合するハンダのフィレットの状態を目視で検査することより、ＢＧＡ型半導体装置の接合の良否を簡便かつ容易に判断することができる。このため、実装状態の検査に特殊な設備が必要なくなるので、ＢＧＡ型半導体装置の製造コストを抑制することができるとともに、製造時間の短縮を図ることができる。

上記態様において、基板の表面の形状が四角形であり、ハンダ接合部が、基板の少なくとも２カ所に設けられていることが好ましい。この場合、２カ所のハンダ接合部が基板の対角の隅部に設けられていることがより好ましい。

この態様によれば、ＢＧＡ型半導体装置をセルフアライメント効果によってより精度よく位置決めすることができる。

上記態様において、基板の表面の形状が四角形であり、ハンダ接合部が、基板の少なくとも３辺の各辺に１カ所以上設けられいることが好ましい。

この態様によれば、ＢＧＡ型半導体装置を実装基板に実装した場合に、ＢＧＡボールのばらつきによるＢＧＡ型半導体装置の傾きの有無を各ハンダ接合部のフィレットの状態により判定することができる。

上記態様において、ハンダ接合部が半導体チップと電気的に接続されていなくてもよい。

この態様によれば、ＢＧＡボールの狭ピッチ化にともなってハンダ量が低下した場合であっても、ＢＧＡ型半導体装置のセルフアライメント効果を十分に得ることができる。

なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。

本発明の装置によれば、ＢＧＡ型半導体装置の実装状態の確認を簡便かつ容易に実施することができる。

（実施形態１）
図１は、実施形態１にかかる半導体装置の裏面に設けられた外部電極およびハンダ接合部の配列を示す図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線上における半導体装置の断面図である。

本実施形態の半導体装置１０は、ＢＧＡ型の半導体装置であり、配線基板２０と、配線基板２０にワイヤボンディング実装された半導体チップ３０と、半導体チップ３０と電気的に接続され、半導体チップ３０の表面とは反対側の配線基板２０の裏面上に突出した複数の外部電極と、配線基板２０の側面および配線基板２０の裏面に対して凹部となるように形成されたハンダ接合部６０とを備えている。

配線基板２０は、その表面が長方形あるいは正方形であり、エポキシ樹脂、ポリイミドなどの絶縁材料により形成されている。

配線基板２０の上には半導体チップ３０が銀ペーストなどの接着材料により固着されている。

配線基板２０に設けられたランド２２と半導体チップ３０の表面に設けられたボンディングパッド３１とは、金線などのボンディングワイヤ３２により電気的に接続されている。配線基板２０に実装された半導体チップ３０は、封止樹脂３６によりモールドされている。

配線基板２０には、複数の電極用スルーホール２４が設けられている。電極用スルーホール２４の内面に銅などのメッキ層が形成されているとともに、メッキ層の内側に銅などの導電材料が埋め込まれ、外部電極用の配線が形成されている。電極用スルーホール２４に形成された配線はランド２２と電気的に接続されている。

配線基板２０の裏面には、各電極用スルーホール２４に対応した下層配線２６が設けられている。各下層配線２６の上に、ハンダボールと呼ばれる複数の外部電極４０がアレイ状に突出するように配設されている。

図３の斜視図に示すように、ハンダ接合部６０は、配線基板２０の端部に設けられ、配線基板２０の裏面および端面に対して凹んだ形状を有する。

より具体的には、配線基板２０の端部には、端面スルーホール５０が設けられている。端面スルーホール５０によって、配線基板２０の端面および裏面に対して凹部が形成されている。端面スルーホール５０の幅は、たとえば２００μｍであり、端面スルーホール５０の高さは、たとえば６０μｍである。なお、図２に示す半導体装置１０の断面図は、厚み方向を強調してあるため、縦横比が実寸と異なっている。端面スルーホール５０の側面には、メッキ被覆層５２が形成されている。また、端面スルーホール５０の上部には、銅などで形成された蓋材５４が設けられている。メッキ被覆層５２および蓋材５４が、ハンダ接合部６０を構成している。

ハンダ接合部６０は、半導体チップ３０と電気的に接続されない、いわゆるダミーランドでもよく、半導体チップ３０と電気的に接続されてもよい。

図４は、実施形態１の半導体装置１０を実装基板１００に搭載する工程を示す図である。実装基板１００の表面には、半導体装置１０の各外部電極４０に対応するランド１１０が設けられている。また、実装基板１００の表面には、半導体装置１０の各ハンダ接合部６０に対応するランド１２０が設けられ、ランド１２０の上にハンダ１３０が載置されている。

ハンダ接合部６０とハンダ１３０とそれぞれ位置合わせすることにより、半導体装置１０のアライメントを確実かつ容易に行うことができる。半導体装置１０のアライメントをより確実かつ容易に行うためには、ハンダ接合部６０が半導体装置１０に２カ所以上設けられていることが好ましい。

ハンダ接合部６０とハンダ１３０とをそれぞれ位置合わせした状態で、ハンダを溶融して半導体装置１０を実装基板１００に固着することにより、半導体装置１０の位置のずれがセルフアライメント効果により修正されるので、半導体装置１０を実装基板１００に精度良く実装することができる。

図５は、実施形態１の半導体装置１０を実装基板１００に装着した状態のハンダ接合部６０の拡大図である。

ハンダ接合部６０とランド１２０とがハンダ１３０により適切に接合されると、ハンダ１３０の底部にフィレット１３２が形成される。ハンダ接合部６０は、配線基板２０の端面に設けられているので、フィレット１３２は、配線基板２０の外側にはみ出る。このため、フィレット１３２が半導体装置１０の上方から視認されるようになる。半導体装置１０の実装状態を確認するにあたり、各ハンダ接合部６０において所定の大きさまたは形状のフィレット１３２が形成されているか否かを目視により観察することで実装状態の良否を簡便かつ容易に判定することができる。このため、従来のＢＧＡ型半導体装置の製造において必要とされていたＸ線検査装置のような特殊な設備が必要となくなるので、製造時間の短縮や製造コストの低減を図ることができる。

また、ハンダ接合部６０をダミーランドとして用いることにより、外部電極４０の狭ピッチ化によってハンダ量が低下した場合に接合強度の低下が抑制されるとともに、セルフアライメント効果を十分発揮させることができる。

なお、ハンダ接合部６０は、配線基板２０の少なくとも３辺の各辺に１カ所以上設けられていることが好ましい。上記構成によれば、外部電極４０の大きさにバラツキがあると、半導体装置１０が傾くため、ハンダ接合部６０のいずかにおいてフィレット１３２が正常に形成されなくなる。したがって、フィレット１３２の状態を検査することにより、外部電極４０の接合状態の良否を判定することができる。

（ハンダ接合部の形成方法）
図６は、実施形態１の半導体装置におけるハンダ接合部の形成方法を示す図である。図６は、複数の半導体チップ３０が配線基板２０アレイ状に実装された状態を示す。図６では、ハンダ接合部の形成方法の説明のため、半導体チップ３０の結線に必要なボンディングワイヤ３２等が省略されている。切断線Ｘ１〜Ｘ３および切断線Ｙ１〜Ｙ３は、各半導体装置１０を切り出すべき線を示す。

まず、隣接する半導体チップ３０の境界線となる切断線をまたぐ形で端面スルーホール５０を形成すべき領域上に銅などの導電材料で形成された蓋材５４が載置される。本実施形態では、隣接する半導体装置１０の２つの端面スルーホール５０が一度に形成される。各蓋材５４は後述する工程で形成される２つの端面スルーホール５０の開口を塞ぐのに十分な大きさを有する。本実施形態では、各半導体装置１０の各辺に２カ所づつ蓋材５４が載置される。本実施形態の蓋材５４の形状は端面スルーホール５０の形状に合わせて四角形となっているが、端面スルーホール５０の形状が、他の形状、たとえば円形あるいは楕円形である場合には、それに合わせた形状とすることができる。

次に、図７（Ａ）に示すように、レーザ照射またはエッチングにより配線基板２０の所定の領域を配線基板２０の裏面側から徐々に選択的に除去して蓋材５４の裏面を露出させることにより、最終的に端面スルーホール５０を形成する。続いて、図７（Ｂ）に示すように、たとえば、無電解メッキ処理により端面スルーホール５０の内周および蓋材５４の裏面を被覆する銅を主成分とする第１のメッキ層５５を形成する。さらに、図７（Ｃ）に示すように、第１のメッキ層５５の上に、無電解 Ｎｉ−Ａｕメッキ処理によりＮｉＡｕメッキ層からなる第２のメッキ層５６を形成する。以上のように形成された第１のメッキ層５５および第２のメッキ層５６がメッキ被覆層５２を構成する。ＮｉＡｕメッキ層からなる第２のメッキ層５６を露出させることにより、ハンダとのなじみ性が向上し、ハンダの接合強度が高めることができる。

次に、封止樹脂３６により各半導体チップ３０をモールドする。この際、蓋材５４により封止樹脂３６が端面スルーホール５０に入り込むことが防止される。

次に、ダイシング加工により切断線Ｘ１〜Ｘ３および切断線Ｙ１〜Ｙ３に沿って配線基板２０を切り離す。このように、端面スルーホール５０を切断線をまたいで形成し、切断線に沿って配線基板２０を切り離すことにより、端面スルーホール５０を効率的に形成することができる。

以上の工程により、ハンダ接合部６０を有する半導体装置１０が得られる。

（実施形態２）
図８は、実施形態２にかかる半導体装置の裏面に設けられた外部電極およびハンダ接合部の配列を示す図である。実施形態２の半導体装置２１０の説明において、実施形態１と同様な構成については同じ符号を用いて適宜説明を省略する。図９は、実施形態２にかかる半導体装置に設けられたハンダ接合部の斜視図である。

図８および図９に示すように、実施形態２の半導体装置２１０は、配線基板２０の四隅にハンダ接合部２６０ａ、ハンダ接合部２６０ｂ、ハンダ接合部２６０ｃおよびハンダ接合部２６０ｄが設けられている。

既に述べたように、半導体装置２１０のアライメントのためには、ハンダ接合部が２カ所以上設けられていることが好ましい。さらに、そのうち一対のハンダ接合部は配線基板２０において対角の隅部に設けられていることがより好ましい。

実施形態２の半導体装置２１０では、ハンダ接合部２６０ａとハンダ接合部２６０ｃとが対となって配線基板２０の対角の隅部に設けられ、ハンダ接合部２６０ｂとハンダ接合部２６０ｃとが対となって配線基板２０の対角の隅部に設けられている。

この構成によれば、半導体装置２１０をリフローにより実装する際に、より精度よく位置決めすることが可能となる。

（ハンダ接合部の形成方法）
図１０は、実施形態２の半導体装置におけるハンダ接合部の形成方法を示す図である。実施形態２のハンダ接合部の形成方法は、実施形態１と基本的には同様である。ただし、本実施形態では、切断線が交差する箇所において隅部が隣接する４つの半導体装置１０に対応して４つの端面スルーホール２５０が一度に形成される。このように、端面スルーホール２５０を切断線が交差する領域に形成し、切断線に沿って配線基板２０を切り離すことにより、端面スルーホール２５０をさらに効率的に形成することができる。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

例えば、上述の各実施の形態では、半導体チップが基板にワイヤボンディング実装されているが、半導体チップをフリップチップ実装により基板に搭載することも可能である。

また、上述の各実施形態では、実装基板側にハンダ接合部に接合するハンダが予め形成されているが、図１１に示すように、ハンダ１３０をハンダ接合部６０に予め形成されていてもよい。その場合、実装基板１００に設けられるランド１２０にハンダ１３０の位置決め用の凹部を形成することが好ましい。

この他、図１２に示す変形例では、実装基板１００に設けられたランド１１０およびランド１１０より面積が大きいランド１２０の上に、高さが揃ったハンダペースト１１２およびハンダペースト１２２がそれぞれ印刷されている。ハンダペースト１２２とハンダ接合部６０とを位置合わせすることにより、アライメントを確実かつ容易に行うことができる。ランド１２０の面積をランド１１０の面積より大きくすることにより、ランド１２０の上に印刷されるハンダペースト１２２の量を増やすことができる。これにより、ランド１２０におけるハンダの濡れ上がりが容易となり、ハンダ接合部６０におけるハンダ接合がより確実となり、ハンダ接合によるフィレット形成の確実性を高めることができる。

上述の各実施形態では、ハンダ接合部の断面形状は四角形となっているが、ハンダ接合部の断面形状は四角形に限定されず、円形、楕円形、半円形、半楕円系などの他の形状であってもよい。たとえば、図６に示す切断線を介して隣接する２つの端面スルーホール５０の形状を全体で円形にしてもよい。図１３は、切断線に沿って切り離されたときの半導体装置１０の斜視図である。本変形例では、端面スルーホール５０は半円形となっている。

また、図１０に示す切断線が交差する箇所において形成される４つの端面スルーホール２５０の形状を全体で円形にしてもよい。図１４は、切断線に沿って切り離されたときの半導体装置１０の斜視図である。本変形例では、端面スルーホール２５０は４分の１円形となっている。

実施形態１にかかる半導体装置の裏面に設けられた外部電極およびハンダ接合部の配列を示す図である。 実施形態１にかかる半導体装置の断面図である。 実施形態１にかかる半導体装置に設けられたハンダ接合部の斜視図である。 実施形態１の半導体装置を実装基板に搭載する工程を示す図である。 実施形態１の半導体装置を実装基板に装着した状態のハンダ接合部の拡大図である。 実施形態１の半導体装置におけるハンダ接合部の形成方法を示す平面図である。 実施形態１の半導体装置におけるハンダ接合部の形成方法を示す図６のＸ３線上の断面図である。 実施形態２にかかる半導体装置の裏面に設けられた外部電極およびハンダ接合部の配列を示す図である。 実施形態２にかかる半導体装置に設けられたハンダ接合部の斜視図である。 実施形態２の半導体装置におけるハンダ接合部の形成方法を示す図である。 半導体装置を実装基板に搭載する場合の変形例を示す図である。 半導体装置を実装基板に搭載する場合の他の変形例を示す図である。 変形例にかかる半導体装置の斜視図である。 他の変形例にかかる半導体装置の斜視図である。

符号の説明

１０ 半導体装置、２０ 配線基板、２２ ランド、２４ 電極用スルーホール、３０ 半導体チップ、３１ ボンディングパッド、３２ ボンディングワイヤ、３６ 封止樹脂、４０ 外部電極、５０ 端面スルーホール、５２ メッキ被覆層、５４ 蓋材、６０ ハンダ接合部。

Claims (5)

1. 基板と
   前記基板に実装された半導体チップと、
   前記半導体チップと電気的に接続され、前記半導体チップの表面とは反対側の前記基板の裏面上に突出した複数の外部電極と、
   前記基板の端面および前記基板の裏面に対して凹部となるように形成されたハンダ接合部と、
   を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記基板の表面の形状が四角形であり、
   前記ハンダ接合部が、前記基板の少なくとも２カ所に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 一対の前記ハンダ接合部が、前記基板の対角の隅部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記ハンダ接合部が、前記基板の少なくとも３辺の各辺に１カ所以上設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記ハンダ接合部が前記半導体チップと電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
   
   
   

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