JP2010245136A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
特に半導体装置の実装構造に関する。 In particular, the present invention relates to a semiconductor device mounting structure.
従来の半導体装置として、一枚の絶縁配線基板上に、複数の半導体チップと、当該半導体チップと電気的に接続される接続端子を搭載して、これら絶縁配線基板と半導体チップと接続端子とをパッケージ化するモールド成形部材を備えるものが知られている。さらに、熱ストレス時に絶縁配線基板の反り量に応じて、電極の半田と絶縁配線基板との接触面積の大きさを変えた技術がある(例えば、特許文献1)。 As a conventional semiconductor device, a plurality of semiconductor chips and a connection terminal electrically connected to the semiconductor chip are mounted on a single insulated wiring board, and the insulated wiring board, the semiconductor chip, and the connection terminal are mounted. One having a molded member to be packaged is known. Furthermore, there is a technique in which the size of the contact area between the electrode solder and the insulated wiring board is changed according to the amount of warpage of the insulated wiring board during thermal stress (for example, Patent Document 1).
しかしながら、半導体装置の更なる信頼性の向上が求められている。 However, further improvement of the reliability of the semiconductor device is required.
本発明が解決しようとする課題は、半導体装置の更なる信頼性の向上を図ることである。 The problem to be solved by the present invention is to further improve the reliability of a semiconductor device.
本発明に係る半導体装置は、アース電位がそれぞれ異なる2つの半導体チップと、前記2つの半導体チップを搭載するための絶縁基板と、前記半導体チップを搭載した前記絶縁基板の面側に設けられ、かつ当該半導体チップを搭載した面の端部までモールドするためのモールド絶縁部材と、を備えた半導体装置であって、前記2つの半導体チップを1mm以上離れて、かつそれぞれの半導体チップを前記絶縁基板の対向する辺側に近づけて配置される半導体装置。 A semiconductor device according to the present invention is provided on two semiconductor chips having different ground potentials, an insulating substrate for mounting the two semiconductor chips, a surface side of the insulating substrate on which the semiconductor chip is mounted, and A mold insulating member for molding to the end of the surface on which the semiconductor chip is mounted, wherein the two semiconductor chips are separated from each other by 1 mm or more, and each semiconductor chip is placed on the insulating substrate. A semiconductor device disposed close to the opposite side.
本発明により、半導体装置の更なる信頼性の向上を図ることができる。 According to the present invention, the reliability of the semiconductor device can be further improved.
本実施形態に係る半導体装置は、絶縁配線基板状に半導体チップを搭載しモールドでパッケージ化するMCM(Multi Chip Module)の半導体装置に適用可能であるが、代表例として、絶縁配線基板上に複数の半導体チップを搭載し、前記絶縁配線基板と前記複数の半導体チップとを、一括で樹脂モールドした後、半導体装置個片に分割するMAP(Mold Array Package)方式、さらに複数の外部端子を球状の半田で外部基板に接続するBGA(Ball Grid Array)方式で組立てられた場合の構造について、以下図面を用いて説明する。 The semiconductor device according to this embodiment can be applied to an MCM (Multi Chip Module) semiconductor device in which a semiconductor chip is mounted on an insulated wiring board and packaged by molding. As a representative example, a plurality of semiconductor devices are provided on an insulated wiring board. MAP (Mold Array Package) method in which the insulating wiring substrate and the plurality of semiconductor chips are collectively resin-molded and then divided into individual semiconductor device pieces, and the plurality of external terminals are spherical. A structure when assembled by a BGA (Ball Grid Array) method connected to an external substrate with solder will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る半導体装置の外部基板への実装時の構造図である。図1では、本実施形態に係る半導体装置100,外部基板200,球状の半田300,絶縁配線基板400,モールド絶縁材600が示され、外部基板200に搭載されている抵抗やコンデンサモジュールは省略されている。
FIG. 1 is a structural diagram when the semiconductor device according to the present embodiment is mounted on an external substrate. In FIG. 1, the
本実施形態では、絶縁配線基板400の裏面に配置された複数の球状の半田300で外部基板200に電気的に接続するため、コネクタ端子を半導体装置の側面から引き出すLF(Lead Frame)タイプと比較し、外部基板の省スペース化を実現できる。
In the present embodiment, a plurality of
図2は本実施の形態に係わる前記絶縁配線基板400の工程図である。前記絶縁配線基板400はシート基板404から切り出されている。また、前記シート基板404は、パネル基板405から切り出されている。
FIG. 2 is a process diagram of the insulated
図3及び図4は、本実施の形態に係わる半導体装置の実装構造図である。本実施形態に係わる半導体装置100は、図3に示されるように、絶縁配線基板400上に複数の半導体チップ500を搭載し、前記絶縁配線基板400と前記複数の半導体チップ500とを、モールド絶縁材600で一括してモールドする。その後、図4に示されるように、半導体装置100個片に分割されるため、半導体装置個片単位でモールドする場合と比較し、モールド工程のタクト短縮が実現できる。このような製造方式をMAP(Mold Array Package)方式という。なお、このMAP方式に製造された半導体装置100の絶縁配線基板400及びモールド絶縁部材の端部には、切断された跡が形成される。
3 and 4 are mounting structure diagrams of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the
しかしながら、このMAP方式は、複数の半導体装置を一括で樹脂モールドするため、樹脂モールド成形後の冷却過程において、絶縁配線基板の線膨張係数と樹脂の線膨張係数の違いにより、半導体装置に反りが発生し、外部基板実装時の実装性低下や半導体装置搬送時の不良となることがある。 However, since this MAP method resin-molds a plurality of semiconductor devices at once, the semiconductor device is warped in the cooling process after resin molding due to the difference between the linear expansion coefficient of the insulating wiring board and the linear expansion coefficient of the resin. It may occur, resulting in a drop in mountability when mounting an external substrate and a defect when transporting a semiconductor device.
また、MAP方式によって製作された半導体装置は、その端部まで樹脂モールドで覆われる。つまり、当該半導体装置は、他の方式により製作された半導体装置よりも樹脂モールドの量が多くなる傾向にある。そのため、半導体装置に熱ストレスが印加されたときに、絶縁配線基板の線膨張係数と樹脂の線膨張係数の違いにより、半導体装置に反りが発生しやすくなる。その結果、半導体装置と外部基板を電気的につなぐ接続端子部や、半導体装置内部の電気的配線が断線する恐れがある。 A semiconductor device manufactured by the MAP method is covered with a resin mold up to its end. That is, the semiconductor device tends to have a larger amount of resin mold than a semiconductor device manufactured by another method. Therefore, when thermal stress is applied to the semiconductor device, the semiconductor device is likely to warp due to the difference between the linear expansion coefficient of the insulating wiring substrate and the linear expansion coefficient of the resin. As a result, there is a risk that the connection terminal portion that electrically connects the semiconductor device and the external substrate or the electrical wiring inside the semiconductor device may be disconnected.
一方、前述の半導体装置の反りを抑えるために、絶縁配線基板の面積を小さくすると、絶縁配線基板上にアース電位の異なる回路を複数有している場合には、当該回路同士間で高耐圧を実現することが困難となる。そのため、半導体装置の生産工程を合理化し、半導体装置の反りを抑制し、さらに同一の半導体装置内にアース電位の異なる複数の回路を集積化することを同時に実現することが求められる。 On the other hand, if the area of the insulated wiring board is reduced in order to suppress the warp of the semiconductor device described above, when there are a plurality of circuits having different ground potentials on the insulated wiring board, a high withstand voltage is generated between the circuits. It becomes difficult to realize. Therefore, it is required to rationalize the production process of the semiconductor device, to suppress the warpage of the semiconductor device, and to simultaneously integrate a plurality of circuits having different ground potentials in the same semiconductor device.
図5は、本実施の形態に係わる半導体装置の回路ブロック図である。本実施形態に係わる半導体装置100は、アース電位の異なる高電位側回路502と低電位側回路503と、前記高電位側回路502と前記低電位側回路503との間の信号を通信するための信号通信回路504で構成されている。つまり、本実施形態に係る半導体装置は、絶縁配線基板400の上に、アース電位の異なる高電位側回路502と低電位側回路503を搭載するように構成されるので、それぞれの絶縁確保することが問題となる。
FIG. 5 is a circuit block diagram of the semiconductor device according to the present embodiment. The
図6は、半導体装置100に反りが発生した状態を示す図である。モールド絶縁材600でパッケージ化する時の樹脂モールド成形後の冷却過程において、絶縁性基板400とモールド絶縁材600の線膨張係数の違いにより、半導体装置100に反りが発生し、外部基板実装時の実装性低下や半導体装置搬送時の不良につながる恐れがある。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the
また、絶縁性基板400とモールド絶縁材600の線膨張係数の違いにより、熱ストレス印加時と冷却時、つまり熱サイクルが発生することにより、半導体装置100に反りが発生し、半導体装置と外部基板を電気的につなぐ接続端子部や、半導体装置内部の電気的配線が、断線する恐れがある。
Further, due to the difference in coefficient of linear expansion between the
また、半導体装置100の反りを抑えるために半導体装置100の絶縁配線基板400の面積を小さくすると、レイアウト上の制約から半導体装置間の間隔を十分に確保することができず、半導体装置内にアース電位の異なる回路を有している半導体装置においては、高耐圧を実現することが困難となる。
Further, if the area of the
図7(a)は、本実施形態に係る半導体装置の上面図、図7(b)は側面図、図7(c)は背面図を示す。半導体装置100は、当該半導体装置100を外部基板に電気的に接続する球状の半田300,絶縁配線基板400,前記絶縁配線基板400内部に電気的導体が配線された配線パターン401,ノイズなどの影響を抑えるために前記絶縁配線基板400内部に電気的導体が広範囲に敷かれた配線ベタパターン402,前記絶縁配線基板400上に銀ペーストなどの電気的接合材で接合されている半導体チップ500,前記絶縁配線基板400と前記半導体チップ500とを電気的に接続するワイヤ501,モールド絶縁材600を備える。絶縁配線基板400は、前記半導体チップ400と配線パターン401と配線ベタパターン402を搭載しない領域1000を有している。当該領域は、電位の異なる半導体チップ500との間が1mm以上離されるように設けられる。
FIG. 7A is a top view of the semiconductor device according to this embodiment, FIG. 7B is a side view, and FIG. 7C is a rear view. The
図8は、半導体装置を外部基板に取り付ける工程における温度250℃環境下における半導体チップと配線パターン401と配線ベタパターン402を配置しない領域の間隔と半導体装置の反り量の相関を示したグラフである。横軸は半導体チップと配線パターンと配線ベタパターンを配置しない領域の間隔を示し、縦軸は半導体装置100の反り量を示している。一例として、半導体装置100を外部基板に接続する球状の半田300のサイズからの制約で、半導体装置の反り量を0.6mm以下にする必要がある場合、半導体チップと前記配線パターンと前記配線ベタパターンを搭載しない領域を1mm以上確保する必要がある。ここで、絶縁配線基板400の材質はガラス基材エポキシ樹脂,配線パターン401及び配線ベタパターン402の材質は銅、半導体チップ500の材質はシリコン、モールド絶縁材600の材質はエポキシ樹脂である。
FIG. 8 is a graph showing the correlation between the amount of warpage of the semiconductor device and the spacing between the regions where the semiconductor chip, the
材質の変更により絶縁配線基板400とモールド絶縁材600の線膨張係数の違いが小さくなる場合、前記半導体チップと前記配線パターンと前記配線ベタパターンを搭載しない領域は1mmより小さくすることが可能であり、材質の変更により絶縁配線基板400とモールド絶縁材600線膨張係数の違いが大きくなる場合、半導体チップと配線パターンと前記配線ベタパターンを搭載しない領域は1mmより大きくしなければならない。一例としては、絶縁配線基板400の材質をセラミック基材として線膨張係数を小さくした場合、モールド絶縁材600のエポキシ樹脂に応力緩和材を加えて線膨張係数を小さくした場合などが挙げられる。
When the difference in linear expansion coefficient between the insulating
また、絶縁配線基板400に不良が混在し、線膨張係数が大きいまたは初期状態から反りが発生しているなどにより、半導体装置400が反りの許容値を超えてしまうことが懸念される。つまり、図3においてMAP方式で半導体装置100を製作した場合、不良が生じた半導体装置100の周辺にある半導体装置100も不良が生じる可能性が高い。このため、絶縁配線基板400の製造工程にフィードバックをかけることを容易にするため、図7(c)に示すように、絶縁配線基板400は、球状の半田300を搭載した面に、レジストを抜いたパターンで、絶縁配線基板400を切り出すシート基板404からの取り位置情報と、前記シート基板404を切り出すパネル基板405からのシート基板404の取り位置情報が、アルファベット301と数字302で印字されている。
In addition, there is a concern that the
図9(a)は本実施形態に係る半導体装置100の上面図であり、図9(b)は側面図である。絶縁配線基板400及びモールド絶縁材600の線膨張係数よりも、線膨張係数が小さい半導体チップ500が少なくとも幅1mm以上の前記半導体チップ500を搭載しない領域1000を隔てて搭載されているため、応力による反り変形を抑制する。つまり、反りが発生し易い半導体装置100の端部付近に、線膨張係数がモールド絶縁材600よりも絶縁配線基板400に近い半導体チップ500が配置されるので、半導体装置100の端部からの反りの発生を抑制することができる。
FIG. 9A is a top view of the
また、少なくとも幅1mm以上の前記半導体チップ500を搭載しない領域1000を隔ててアース電位の異なる回路を備えている場合、リーク電流やノイズによる誤動作の危険が少ない、信頼性の高い半導体装置が実現できる。
In addition, when a circuit having a different ground potential is provided across the
図10(a)は本実施形態に係る半導体装置100の絶縁基板内層の上面図であり、図10(b)は側面図である。絶縁配線基板400及びモールド絶縁材600の線膨張係数よりも線膨張係数が小さい配線パターン401が、前述の領域1000に配線パターン401を設けないように構成し、半導体装置100の反りを抑制する。
FIG. 10A is a top view of the inner layer of the insulating substrate of the
また、少なくとも幅1mm以上の配線パターン401のない領域1000を隔ててアース電位の異なる回路を備えている場合、リーク電流やノイズによる誤動作の危険が少ない、信頼性の高い半導体装置が実現できる。
In addition, in the case where circuits having different ground potentials are provided across a
図11(a)は本実施形態に係る半導体装置100の絶縁基板内層上面図、図11(b)は側面図である。絶縁配線基板400及びモールド絶縁材600の線膨張係数よりも、線膨張係数が小さい配線ベタパターン402が、前述の領域1000に配線ベタパターン402を設けないように構成し、半導体装置100の反りを抑制する。
FIG. 11A is a top view of an insulating substrate inner layer of the
また、少なくとも幅1mm以上の配線ベタパターン402のない領域1000を隔ててアース電位の異なる回路を備えている場合、リーク電流やノイズによる誤動作の危険が少ない、信頼性の高い半導体装置が実現できる。
Further, in the case where circuits having different ground potentials are provided across a
図12(a)は本実施形態に係る半導体装置100の断面図であり、図12(b)は背面図である。本実施例では、絶縁配線基板400は、球状の半田300を搭載した面に、レジストを抜いたパターンで、前記絶縁配線基板400を切り出すシート基板404からの取り位置情報と、前記シート基板404を切り出すパネル基板405からのシート基板の取り位置情報が、アルファベット301と数字302で印字されている。
12A is a cross-sectional view of the
これにより、絶縁配線基板400の反り量が大きい、または前記絶縁配線基板400の絶縁性能が低いなどの不良が発生した場合、絶縁基板の製造工程にフィードバックをかけることが容易となり、半導体装置の品質向上が実現できる。
As a result, when a defect such as a large amount of warpage of the insulating
次に他の実施形態に係る半導体装置100を図13(a)断面図,(b)背面図を用いて説明する。
Next, a
本実施形態では、絶縁配線基板400は、球状の半田300を搭載した面に、導体配線パターンで、絶縁配線基板400を切り出すシート基板404からの取り位置情報と、シート基板404を切り出すパネル基板405からのシート基板404の取り位置情報が、アルファベット303と数字304で印字されている。
In the present embodiment, the
パネル基板405からのシート基板404の取り位置の情報と、シート基板404からの絶縁配線基板400の取り位置の情報が記載されているため、絶縁配線基板400の反り量が大きい、または絶縁配線基板400の絶縁性能が低いなどの不良が発生した場合、絶縁配線基板400の製造工程にフィードバックをかけることが容易となり、半導体装置の品質向上が実現できる。
Since the information on the position where the
さらに、他の実施形態に係る半導体装置100を図14(a)断面図,(b)背面図を用いて説明する。
Further, a
本実施例では、絶縁配線基板400は、球状の半田300を搭載した面に、シルク印字パターンで、絶縁配線基板400を切り出すシート基板404からの取り位置情報と、前記シート基板404を切り出すパネル基板405からのシート基板404の取り位置情報が、アルファベット305と数字306で印字されている。
In this embodiment, the
パネル基板405からのシート基板404の取り位置の情報と、シート基板404からの絶縁配線基板400の取り位置の情報が記載されているため、絶縁配線基板400の反り量が大きい、または絶縁配線基板400の絶縁性能が低いなどの不良が発生した場合、絶縁配線基板400の製造工程にフィードバックをかけることが容易となり、半導体装置の品質向上が実現できる。
Since the information on the position where the
さらに、他の実施形態に係る半導体装置100を図15(a)上面透視図,(b)側面図を用いて説明する。
Further, a
本実施例では、絶縁配線基板400は、半導体チップ500を搭載した面に、前記絶縁配線基板400を切り出すシート基板404からの取り位置情報と、前記シート基板404を切り出すパネル基板405からのシート基板404の取り位置情報が、アルファベット307と数字308で印字されており、樹脂モールド600の上面からX線画像認識で読み取ることができる。
In the present embodiment, the
パネル基板405からのシート基板404の取り位置の情報と、シート基板404からの絶縁配線基板400の取り位置の情報が記載されているため、絶縁配線基板400の反り量が大きい、または絶縁配線基板400の絶縁性能が低いなどの不良が発生した場合、絶縁配線基板400の製造工程にフィードバックをかけることが容易となり、半導体装置の品質向上が実現できる。
Since the information on the position where the
100 半導体装置
200 外部基板
300 球状の半田
301 レジスト抜きパターンによるアルファベット印字
302 レジスト抜きパターンによる数字印字
303 導体パターンによるアルファベット印字
304 導体パターンによる数字印字
305 シルク印字パターンによるアルファベット印字
306 シルク印字パターンによる数字印字
307 X線画像認識によるアルファベット印字
308 X線画像認識による数字印字
400 絶縁配線基板
401 配線パターン
402 配線ベタパターン
404 シート基板
405 パネル基板
500 半導体チップ
501 ワイヤ
502 高電位側回路
503 低電位側回路
504 レベルシフト回路
600 モールド絶縁材
1000 アース電位の異なる回路を絶縁する領域
100
Claims (9)
前記2つの半導体チップを搭載するための絶縁基板と、
前記半導体チップが搭載された面とは反対側の前記絶縁基板に配置され、かつ前記半導体チップと電気的に接続される接続端子部と、
前記半導体チップを搭載した前記絶縁基板の面側に設けられ、かつ当該半導体チップを搭載した面の端部までモールドするためのモールド絶縁部材と、を備えた半導体装置であって、
前記2つの半導体チップの一方の半導体チップは、前記絶縁基板の所定の一辺に近づけて配置され、
前記2つの半導体チップの他方の半導体チップは、前記一方の半導体チップとは1mm以上離れて、かつ前記絶縁基板の前記所定の一辺とは対向する一辺に近づけて配置される半導体装置。 Two semiconductor chips with different ground potentials,
An insulating substrate for mounting the two semiconductor chips;
A connection terminal portion disposed on the insulating substrate opposite to the surface on which the semiconductor chip is mounted and electrically connected to the semiconductor chip;
A mold insulating member provided on the surface side of the insulating substrate on which the semiconductor chip is mounted and for molding up to an end of the surface on which the semiconductor chip is mounted;
One semiconductor chip of the two semiconductor chips is disposed close to a predetermined side of the insulating substrate,
The semiconductor device in which the other semiconductor chip of the two semiconductor chips is arranged at a distance of 1 mm or more from the one semiconductor chip and close to one side facing the predetermined one side of the insulating substrate.
当該半導体装置は、モールドアレイパッケージ方式により製造される。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device is manufactured by a mold array package method.
前記絶縁基板及び前記モールド絶縁部材の端部には、切断面が形成される半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device in which cut surfaces are formed at end portions of the insulating substrate and the mold insulating member.
前記絶縁基板に内蔵され、かつ前記半導体チップと前記接続端子部とを電気的に接続するための配線パターンを備え、
前記配線パターンは、前記一方の半導体チップと前記他方の半導体チップとの間に形成される前記絶縁基板の内部を避けて配線される半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A wiring pattern embedded in the insulating substrate and electrically connecting the semiconductor chip and the connection terminal portion;
The semiconductor device in which the wiring pattern is wired avoiding the inside of the insulating substrate formed between the one semiconductor chip and the other semiconductor chip.
前記外部接続端子は球状の半田によって構成され、かつ前記絶縁基板側に形成される半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
The external connection terminal is formed of spherical solder and is a semiconductor device formed on the insulating substrate side.
前記一方の半導体チップと前記他方の半導体チップは、電気的に直列に接続される半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor device in which the one semiconductor chip and the other semiconductor chip are electrically connected in series.
前記絶縁基板は、前記絶縁基板を切り出すシート基板からの第1取り位置情報と、前記シート基板を切り出すパネル基板からのシート基板の第2取り位置情報が印字されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor device is characterized in that first insulating position information from a sheet substrate from which the insulating substrate is cut out and second taking position information of the sheet substrate from a panel substrate from which the sheet substrate is cut out are printed on the insulating substrate. .
前記第1取り位置情報及び前記第2取り位置情報は、レジスト抜きパターン,導体パターン又はシルクパターンのいずれかにより印字されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first removal position information and the second removal position information are printed by any one of a resist removal pattern, a conductor pattern, and a silk pattern.
前記第1取り位置情報及び前記第2取り位置情報は、前記接続端子部が配置された側の面に印字される半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7,
The semiconductor device in which the first taking position information and the second taking position information are printed on the surface on which the connection terminal portion is arranged.
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