JP2012146859A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、FCBGA(Flip Chip−Ball Grid Array)構造の半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having an FCBGA (Flip Chip-Ball Grid Array) structure.
デジタル家電製品やネットワーク機器などの電子機器が広く普及してきている。これらの電子機器に対しては、小型化を実現しつつ多機能で高性能な装置であることが求められている。このような要求に対応するために、半導体装置の微細化と多ピン化が進められてきている。多ピン化された半導体装置をパッケージングするため技術として、フリップチップ接続技術が知られている。 Electronic appliances such as digital home appliances and network devices have become widespread. These electronic devices are required to be multifunctional and high-performance devices while realizing miniaturization. In order to meet such demands, miniaturization and multi-pin semiconductor devices have been promoted. A flip chip connection technique is known as a technique for packaging a multi-pin semiconductor device.
フリップチップ接続によって半導体チップを基板に接続する場合、まず半導体チップのボンディングPADに金(Au)などでバンプを形成する。次に、BGA基板側(ランド上)に、アンダーフィルを塗布する。その後、フリップチップボンダーで半導体チップをBGA基板へ搭載し、加圧と過熱を行って接続を行う。その後は、半導体チップをモールド樹脂などで封入した後、半田ボール(BGAボール)をBGA基板に接続する。半田ボールに接続が完了したBGA基板は、PKGダイサーなどで切断され、個々の半導体パッケージとして提供される。 When connecting a semiconductor chip to a substrate by flip chip connection, bumps are first formed on the bonding PAD of the semiconductor chip with gold (Au) or the like. Next, underfill is applied to the BGA substrate side (on the land). Thereafter, the semiconductor chip is mounted on the BGA substrate using a flip chip bonder, and connection is performed by applying pressure and overheating. Thereafter, the semiconductor chip is encapsulated with a mold resin or the like, and then solder balls (BGA balls) are connected to the BGA substrate. The BGA substrate that has been connected to the solder ball is cut with a PKG dicer or the like and provided as an individual semiconductor package.
フリップチップボンダーで半導体チップをBGA基板へ搭載し、加圧と過熱によってそれぞれを接続するときに、アンダーフィルがフリップチップボンダーのボンディングヘッドに付着してしまうことがある。ボンディングヘッドに付着したアンダーフィルは、時間の経過とともに固形化する。 When a semiconductor chip is mounted on a BGA substrate with a flip chip bonder and connected to each other by pressurization and overheating, an underfill may adhere to the bonding head of the flip chip bonder. The underfill attached to the bonding head is solidified over time.
半導体チップをBGA基板へマウントする場合に、固形化したアンダーフィルが付着したままのボンディングヘッドは、通常よりも過度に半導体チップを押さえつけることがあった。過度に抑えつけられることによって、パッケージ内部の半導体チップが、BGA基板に接触してしまうなどの不具合が生じることがあった。アンダーフィルがボンディングヘッドに付着することを抑制する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 When a semiconductor chip is mounted on a BGA substrate, the bonding head with the solidified underfill adhered may press the semiconductor chip excessively than usual. Due to excessive suppression, there are cases where a semiconductor chip inside the package comes into contact with the BGA substrate. A technique for suppressing the underfill from adhering to the bonding head is known (for example, see Patent Document 1).
特許文献1には、ボンディングの際に接着樹脂がボンディングヘッドに付着することのない半導体装置及びその製造方法が開示されている。特許文献1に記載の技術では、半導体チップの配線パターンと反対側の面に、半導体チップよりも大きい板を設けている。その板は、ボンディングの際に接着樹脂が板を回り込んでボンディングヘッドに付着することを防止している。
特許文献1に記載の技術は、半導体チップに設けられた板の作用によってボンディングの際に接着樹脂が板を回り込んでボンディングヘッドに付着することを防止している。しかしながら、位置ずれなどに起因して、一旦、樹脂がボンディングヘッドに付着してしまった場合、そのボンディングヘッドの交換や洗浄などの作業が必要になる。
The technique described in
以下に、[発明を実施するための形態]で使用される番号を用いて、[課題を解決するための手段]を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 [Means for Solving the Problems] will be described below using the numbers used in [DETAILED DESCRIPTION]. These numbers are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and [Mode for Carrying Out the Invention]. However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in [Claims].
上記の課題を解決するために、チップ面(11)に設けられたチップ側電極(4)を有する半導体チップ(2)と、チップ側電極(4)に接続される基板側電極(5)を有する基板(3)とを具備する半導体装置(1)を構成する。基板(3)は、基板側電極(5)が配置される基板側電極配置領域(8)と、基板側電極配置領域(8)の外側に形成されたチップ支持領域(9)とを備えていることが好ましい。その基板側電極配置領域(8)は、基板側電極(5)が配置される第1基板面(12)を有し、チップ支持領域(9)は、第1基板面(12)を含む面を基準面としたとき、基準面からの高さが第1高さ(h1)となる位置にチップ支持面を有し、チップ支持面は、チップ面(11)の一部と向かい合う対向領域(21)を有することが好ましい。 In order to solve the above problems, a semiconductor chip (2) having a chip side electrode (4) provided on a chip surface (11) and a substrate side electrode (5) connected to the chip side electrode (4) are provided. A semiconductor device (1) having a substrate (3) having the same is configured. The substrate (3) includes a substrate side electrode arrangement region (8) where the substrate side electrode (5) is arranged, and a chip support region (9) formed outside the substrate side electrode arrangement region (8). Preferably it is. The substrate side electrode arrangement region (8) has a first substrate surface (12) on which the substrate side electrode (5) is arranged, and the chip support region (9) includes a surface including the first substrate surface (12). Is a chip support surface at a position where the height from the reference surface is the first height (h1), and the chip support surface is opposed to a part of the chip surface (11) ( 21).
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、FC−BGAなどの半導体装置の製造を行うときに、ボンディングヘッドの交換や洗浄などの作業に依存することなく適切に半導体装置を製造することが可能となる。 To briefly explain the effects obtained by typical inventions among inventions disclosed in the present application, when manufacturing a semiconductor device such as FC-BGA, it depends on work such as replacement or cleaning of the bonding head. It becomes possible to manufacture a semiconductor device appropriately without any problem.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
図1は、本願発明の半導体装置1の第1実施形態の構成を例示する断面図である。図1は、本実施形態の半導体装置1が適正に形成されている状態を例示している。図1に示されているように、半導体装置1は、半導体チップ2と、BGA基板3とを備えている。その半導体チップ2とBGA基板3とは、フリップチップ接続によって接続されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a first embodiment of a
半導体チップ2のバンプ形成面11には、複数のAuバンプ4が形成されている。なお、以下の実施形態において、Auバンプ4がAu(金)である場合を例示しているが、これは、本願発明におけるバンプの構成を制限するものではない。
A plurality of
BGA基板3は、ランド形成領域8のランド形成面12に形成された複数のランド5を備えている。また、BGA基板3は、ランド形成領域8の周囲に形成されたチップ支持絶縁層9を備えている。BGA基板3のランド5が形成される面と反対の面には、複数の半田ボール7が配置されている。本実施形態の半導体装置1において、ランド5と半田ボール7とは、内部配線(図示されず)を介して接続されている。半導体チップ2のバンプ形成面11とBGA基板3のランド形成面12とで挟まれた領域には、アンダーフィル6が充填されている。
The BGA substrate 3 includes a plurality of
図1を参照すると、本実施形態の半導体装置1において、チップ支持絶縁層9は、幅が重なり幅w1の対向領域21を有するように形成されている。また、チップ支持絶縁層9は、ランド形成領域8のランド形成面12を基準面としたときに、その基準面から表面までの高さが第1高さh1となるように形成されている。換言すると、BGA基板3は、窪生んだ状態のランド形成領域8を備えている。ランド5は、その窪みの内部に配置されている。
Referring to FIG. 1, in the
図1には、半導体チップ2が適切にBGA基板3に実装された場合の半導体装置1が例示されている。フリップチップ接続によって半導体チップ2をBGA基板3に接続する場合、まず半導体チップ2のボンディングPAD(図示されず)にAuバンプ4を形成する。また、BGA基板3のランド形成領域8(ランド上)に、アンダーフィル6を塗布する。その後、フリップチップボンダー(図示されず)で半導体チップ2をBGA基板3へ搭載し、加圧と過熱を行って接続を行う。図1に示されているように、半導体チップ2が適切にBGA基板3に実装された場合、対向領域21には、微小な隙間が形成され、ランド形成面12からバンプ形成面11までの高さが、第2高さh2となる。
FIG. 1 illustrates a
フリップチップボンダーで半導体チップ2をBGA基板3へ搭載し、押し下げと過熱を行って接続を行うときに、適正な押し下げ量を超えてしまうと、半導体チップ2は、チップ配置適正高さh3よりも低い位置まで押されてしまう。
When the
図2は、フリップチップボンダーによる押し下げ量が適正な量を超えてしまった場合の半導体装置1の構成を例示する断面図である。図2に示されているように、その場合、対向領域21において半導体チップ2とチップ支持絶縁層9とが接触する。このとき、チップ支持絶縁層9は、半導体チップ2のバンプ形成面11とランド形成面12との距離が、第4高さh4以下になることを防止する。そのため、本実施形態の半導体装置1は、押し下げ量が適正な量を超えてしまった場合であっても、Auバンプ4とBGA基板3とが直接接触するという不具合を防止することが可能となる。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
本実施形態においてチップ支持絶縁層9を形成する方法に制限はない。以下に、チップ支持絶縁層9の形成方法に関する説明を行う。BGA基板3の上層配線を形成した後、最終的にチップ支持絶縁層9となる絶縁膜を全面に成膜する。その絶縁膜の残したい箇所(チップ支持絶縁層9に対応する箇所)にエッチング耐性のある膜を塗布する。その後、エッチングを行うことで、ランド形成領域8に対応する溝を形成する。その後、エッチング耐性のある膜を除去することで、チップ支持絶縁層9を有するBGA基板3を形成することができる。また、上記の方法以外でも、厚い絶縁膜を全面に成膜した後、その絶縁膜の残したい箇所(チップ支持絶縁層9に対応する箇所)にエッチング耐性のある膜を塗布する。その後、ランド形成領域8に対応する位置のエッチングを行い、後からランド形成領域8の配線を形成する方法でもよい。
In the present embodiment, the method for forming the chip
[比較例]
以下に、本願発明に対する比較例について説明を行う。図3は、比較例の半導体パッケージ101の構成を例示する断面図である。図3は、半導体装置101が適正に形成されている状態を例示している。図3に示されているように、半導体装置101は、半導体チップ102と、BGA基板103とを備えている。その半導体チップ102とBGA基板103とは、フリップチップ接続によって接続され、樹脂120で封止されている。
[Comparative example]
Below, the comparative example with respect to this invention is demonstrated. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
半導体チップ102には、複数のAuバンプ104が形成されている。BGA基板103は、複数のランド105が形成されている。また、BGA基板103のランド105が形成される面と反対の面に、複数の半田ボール107が配置されている。半導体チップ102とBGA基板103の間の領域には、アンダーフィル106が充填されている。
A plurality of Au bumps 104 are formed on the
図4は、比較例の半導体装置101を製造するときに、フリップチップボンダーによる押し下げ量が適正な量を超えてしまった場合の半導体装置101の構成を例示する断面図である。図4に示されているように、接触領域121において、半導体チップ102とBGA基板103とが接触していまっている。このように、本実施形態の半導体装置1のような構成を備えていない場合、金(Au)のような硬度が低い材料のバンプでは、半導体チップ102とBGA基板103が直接接触してしまう問題が生じていた。本実施形態の半導体装置1は、押し下げ量が適正な量を超えてしまった場合であっても、Auバンプ104とBGA基板103とが直接接触するという不具合を防止することが可能となる。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
[第2実施形態]
以下に、図面を参照して本願発明の第2実施形態について説明を行う。図5は、第2実施形態の半導体装置1の構成を例示する平面図である。図5に示されているように、チップ支持絶縁層9は、半導体チップ2を平行投影したときの投影図に対し、重なるように形成された対向領域21と、重ならないように形成された外周領域22とを備えている。
[Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 5 is a plan view illustrating the configuration of the
図6は、第2実施形態の構成を例示する断面図である。図6は、上述の図5におけるA−A断面の構成を例示している。本実施形態のような半導体装置1を製造する場合、その製造工程においてアンダーフィル6が半導体チップ2の上部に這い上がることがある。図7は、アンダーフィル106が半導体チップ102の上部に這い上がった状態の半導体装置101の構成を例示する断面図である。アンダーフィル106が半導体チップ102の上部に這い上がると、樹脂と半導体装置の密着性が低下し、剥離を引き起こすことがある。第2実施形態の半導体装置1は、BGA基板3の上層に形成されたチップ支持絶縁層9のパターンが、部分的に半導体装置を重なるように形成されている。このようなパターンのチップ支持絶縁層9を形成することで、アンダーフィル6の這い上がりを防止し、半導体チップ2とBGA基板3との接触を防止するとともに、信頼性と品質を向上させて半導体装置1を構成することができる。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the second embodiment. FIG. 6 illustrates the configuration of the AA cross section in FIG. 5 described above. When manufacturing the
以上、本願発明の実施の形態を具体的に説明した。本願発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 The embodiment of the present invention has been specifically described above. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
1…半導体装置
2…半導体チップ
3…BGA基板
4…Auバンプ
5…ランド
6…アンダーフィル
7…半田ボール
8…ランド形成領域
9…チップ支持絶縁層
11…バンプ形成面
12…ランド形成面
21…対向領域
22…外周領域
h1…第1高さ
h2…第2高さ
h3…チップ配置適正高さ
h4…第4高さ
w1…重なり幅
101…半導体装置
102…半導体チップ
103…BGA基板
104…Auバンプ
105…ランド
106…アンダーフィル
107…半田ボール
120…樹脂
121…接触領域
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記チップ側電極に接続される基板側電極を有する基板と
を具備し、
前記基板は、
前記基板側電極が配置される基板側電極配置領域と、
前記基板側電極配置領域の外側に形成されたチップ支持領域と
を備え、
前記基板側電極配置領域は、
前記基板側電極が配置される第1基板面を有し、
チップ支持領域は、
前記第1基板面を含む面を基準面としたとき、前記基準面からの高さが第1高さとなる位置にチップ支持面を有し、
前記チップ支持面は、
前記チップ面の一部と向かい合う対向領域を有する
半導体装置。 A semiconductor chip having a chip-side electrode provided on the chip surface;
A substrate having a substrate side electrode connected to the chip side electrode,
The substrate is
A substrate side electrode arrangement region in which the substrate side electrode is arranged;
A chip support region formed outside the substrate side electrode arrangement region,
The substrate side electrode arrangement region is
A first substrate surface on which the substrate-side electrode is disposed;
The chip support area is
When a surface including the first substrate surface is a reference surface, a chip support surface is provided at a position where the height from the reference surface is the first height,
The chip support surface is
A semiconductor device having a facing region facing a part of the chip surface.
前記対向領域は、
前記基板に実装される前記半導体チップを、前記基準面に平行投影したときの投影図と重なる領域である
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The opposing region is
A semiconductor device that is an area overlapping a projection when the semiconductor chip mounted on the substrate is projected in parallel on the reference plane.
前記第1高さは、
前記基準面から前記チップ面までの高さよりも低い
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The first height is
A semiconductor device lower than a height from the reference surface to the chip surface.
前記基板側電極配置領域は、
前記基板に実装される前記半導体チップを、前記基準面に平行投影したときの投影図と重ならない外周領域を備える
半導体装置。 In the semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The substrate side electrode arrangement region is
A semiconductor device, comprising: an outer peripheral region that does not overlap a projection when the semiconductor chip mounted on the substrate is projected in parallel on the reference plane.
前記基板側電極配置領域の外側に形成されたチップ支持領域と
を具備し、
前記基板側電極配置領域は、
前記基板側電極が配置される第1基板面を有し、
チップ支持領域は、
前記第1基板面を含む面を基準面としたとき、前記基準面からの高さが第1高さとなる位置にチップ支持面を有し、
前記チップ支持面は、
前記半導体チップが実装されたときに、前記チップ側電極が配置されるチップ面の一部と向かい合う対向領域を有する
BGA基板。 A substrate-side electrode arrangement region having a substrate-side electrode connected to a chip-side electrode provided in a semiconductor chip;
A chip support region formed outside the substrate-side electrode arrangement region,
The substrate side electrode arrangement region is
A first substrate surface on which the substrate-side electrode is disposed;
The chip support area is
When a surface including the first substrate surface is a reference surface, a chip support surface is provided at a position where the height from the reference surface is the first height,
The chip support surface is
A BGA substrate having a facing region facing a part of a chip surface on which the chip-side electrode is disposed when the semiconductor chip is mounted.
前記対向領域は、
前記BGA基板に実装される前記半導体チップを、前記基準面に平行投影したときの投影図と重なる領域である
BGA基板。 The BGA substrate according to claim 5,
The opposing region is
A BGA substrate which is an area overlapping with a projection when the semiconductor chip mounted on the BGA substrate is projected in parallel on the reference plane.
前記第1高さは、
前記基準面から前記チップ面までの高さよりも低い
BGA基板。 In the BGA substrate according to claim 5 or 6,
The first height is
A BGA substrate lower than the height from the reference surface to the chip surface.
前記基板側電極配置領域は、
前記BGA基板に実装される前記半導体チップを、前記基準面に平行投影したときの投影図と重ならない外周領域を備える
BGA基板。 In the BGA substrate according to any one of claims 5 to 7,
The substrate side electrode arrangement region is
A BGA substrate comprising an outer peripheral region that does not overlap a projection when the semiconductor chip mounted on the BGA substrate is projected in parallel on the reference plane.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017126645A (en) * | 2016-01-13 | 2017-07-20 | セイコーインスツル株式会社 | Electronic component |
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2011
- 2011-01-13 JP JP2011004910A patent/JP2012146859A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140401 |