JP3007533B2 - 樹脂封止型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、樹脂封止型半導体装
置およびその製造方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】種々の素子が形成された半導体チップが
樹脂によって封止された、いわゆる樹脂封止型半導体装
置は従来から知られている。近年の半導体装置の小型化
の要求に伴い、この樹脂封止型半導体装置にも小型化が
要求されてきている。この小型化の要求を満足させるべ
く、種々の樹脂封止型半導体装置が提案されている。 【０００３】図１２には、上記のような小型化の要求を
満足させるべく考案された樹脂封止型半導体装置の一例
が示されている。図１２は、特開平３−１０４１４１号
公報に開示された樹脂封止型半導体装置を示す断面図で
ある。 【０００４】図１２を参照して、樹脂封止型半導体装置
は、素子が形成される半導体チップ１０１と、パッド電
極１０２と、突起電極１０３と、樹脂１０４とを備え
る。パッド電極１０２は、半導体チップ１の表面の所定
位置に形成される。突起電極１０３は、ウエハプロセス
工程ではんだバンプ形成と同様の方法で、パッド電極１
０２の表面上に形成される。樹脂１０４は、突起電極１
０３の一部表面を露出させるように半導体チップ１０１
を封止する。 【０００５】図１２に示される従来の樹脂封止型半導体
装置は、上記のような構造を有するので、樹脂封止型半
導体装置を半導体チップ１０１とほぼ同等のサイズにま
で小型化することが可能となる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の樹脂封止型半導体装置には、次に説明するよ
うな問題点があった。 【０００７】図１２に示されるように、突起電極１０３
の側壁はほぼ真っ直ぐに上下方向に延びている。そのた
め、樹脂１０４からの突起電極１０３の保持力が十分で
あるとはいえない。それにより、突起電極１０３が樹脂
１０４から脱落することが懸念される。つまり、樹脂封
止型半導体装置の信頼性が低下することが懸念されると
いった問題点がある。 【０００８】また、現状の樹脂封止型半導体装置におい
て、パッド電極１０２上に位置する樹脂１０４の厚みは
５００μｍ程度必要である。それは、樹脂１０４は一般
にトランスファーモールド法によって形成されるが、そ
の際に極端に樹脂１０４の厚みを薄くできないこと、耐
湿性などの信頼性確保の観点から樹脂１０４の厚みはあ
まり薄くできないことなどに起因する。そのため、突起
電極１０３の高さも高くする必要がある。 【０００９】上記の従来例には、ウエハプロセス工程で
はんだバンプ形成と同様の方法で突起電極１０３を形成
する旨が延べられている。そこで、上記のような高さの
高い突起電極１０３の形成方法としては、リフトオフ
法、リフローによる方法、はんだディップ法による
方法などを挙げることができる。しかし、これらの方法
は、いずれも写真製版などを用いる高価なプロセスであ
ったり、パッド電極１０２と突起電極１０３との間にコ
ンタクトメタル，バリアメタルなどの複雑な金属層の形
成が必要となる。そのため、製造コストが高くなるとっ
た問題が生じる。さらに、ＩＣの多ピン化，高密度化に
伴いパッド電極１０２の間隔が狭くなった場合には、上
述のような〜のような方法では高さの高い突起電極
１０３の形成が極めて困難となるといった問題も生じ
る。 【００１０】この発明は、上記のような課題を解決する
ためのなされたものである。この発明の１つの目的は、
突起電極の樹脂からの脱落を効果的に抑制することによ
って信頼性の高い樹脂封止型半導体装置およびその製造
方法を提供することにある。 【００１１】この発明の他の目的は、高さの高い突起電
極を容易かつ安価に形成することが可能な樹脂封止型半
導体装置の製造方法を提供することにある。 【００１２】 【００１３】【課題を解決するための手段】 この発明に従う樹脂封止
型半導体装置の製造方法によれば、まず、半導体チップ
のパッド電極に対応する位置に孔部が形成された金型を
準備する。この孔部上に、孔部の径より大きい径を有す
る金属塊を載置する。この金属塊を孔部に押し付けて変
形させる。そして、変形した金属塊上に半導体チップの
パッド電極を載置し、このパッド電極と金属塊とを接合
する。金属塊とパッド電極とを接合した状態で、半導体
チップをトランスファモールドにより封止する。本発明
に係る樹脂封止型半導体装置は、上記の製造方法により
製造される。 【００１４】 【００１５】【作用】 この発明に従う樹脂封止型半導体装置の製造方
法によれば、金属塊を孔部に押し付けて変形させてい
る。それにより、金属塊は孔部内に局所的に押し込まれ
るとともに横方向にも張出す。このようにして金属塊を
変形させることにより、高さの高い金属塊が容易にかつ
安価に得られる。つまり、高さの高い突起電極が容易に
かつ安価に得られることになる。それにより、トランス
ファモールド用樹脂の厚みを厚くすることができ、耐湿
性などの信頼性の向上した樹脂封止型半導体装置が容易
に得られる。 【００１６】また、金属塊とパッド電極とを接合した状
態で半導体チップがトランスファモールドにより封止さ
れるので、安定して封止を行なえる。さらに、このと
き、金属塊（突起電極）が上記のような横方向（パッド
電極の表面と平行な方向）に張出す部分を有しているの
で、トランスファモールドの際に樹脂によって金属塊に
パッド電極に対して押し付ける方向の力が及ぼされる。
それにより、トランスファモールドの際に、金属塊（突
起電極）とパッド電極との接合部の信頼性は確保され
る。さらに、写真製版などの高価なプロセスが必要とな
らずまたコンタクトメタル，バリアメタルなどの複雑な
金属層の形成も必要とならない。そのため、製造コスト
を安価にすることが可能となる。本発明に係る樹脂封止
型半導体装置によれば、トランスファモールド樹脂によ
る突起電極の保持力を向上させることができ、トランス
ファモールド樹脂からの突起電極の脱落を阻止すること
ができる。 【００１７】 【実施例】以下、この発明に従う実施例について、図１
〜図１１を用いて説明する。 【００１８】（第１実施例）まず、図１〜図７を用いて
この発明の第１の実施例について説明する。図１は、こ
の発明に従う第１の実施例における樹脂封止型半導体装
置を示す断面図である。 【００１９】図１を参照して、種々の素子が形成される
半導体チップ１の表面上には、パッド電極２が形成され
る。パッド電極２の表面上には突起電極３が形成され
る。この突起電極３は、金，銅，銀，はんだなどの金属
あるいはそれらの合金からなる。そして、半導体チップ
１に形成された素子と外部機器との電気的な接続を行な
う機能を有する。突起電極３の一部表面を露出させるよ
うに、半導体チップ１を封止する樹脂４が形成されてい
る。 【００２０】次に、図２を用いて、図１に示される突起
電極３の構造についてより詳しく説明する。図２は、図
１における突起電極３近傍を拡大した断面図である。 【００２１】図２を参照して、突起電極３は、樹脂４内
に位置するベース部３ａと、このベース部３ａの上端部
から連続して上方に延びる柱体部３ｂとにより一体的に
構成される。そして、ベース部３ａは、パッド電極２の
表面と平行な方向に張出す凸部３ｃを有する。この凸部
３ｃを覆うように樹脂４が形成されるので、樹脂４から
の突起電極３の保持力を、従来例よりも向上させること
が可能となる。それにより、突起電極３の脱落を効果的
に阻止することが可能となる。その結果、樹脂封止型半
導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。 【００２２】また、図２に示されるように、柱体部３ｂ
の平面幅Ｗは、ベース部３ａの平面幅Ｗ１よりも小さく
なっている。そのため、実装中に突起電極３に外力が負
荷された場合でも、突起電極３とパッド電極２との接合
面に及ぼされる影響は小さいものとなる。それにより、
上記の接合面における信頼性を向上させることが可能と
なる。また、柱体部３ｂの高さＨ１は、調整可能であ
る。これは製造方法に関連するものであるため後に詳し
く説明する。柱体部３ｂの高さＨ１を高く調整すること
によって、突起電極３の高さＨを高くすることが可能と
なる。より具体的には、Ｈ／Ｗの値が５〜１０程度の突
起電極３を容易に形成することが可能となる。それによ
り、樹脂４の厚みｔを厚くすることが可能となる。その
結果、樹脂封止型半導体装置の信頼性を向上させること
が可能となる。 【００２３】次に、図３〜図７を用いて、この発明の第
１の実施例における樹脂封止型半導体装置の製造方法に
ついて説明する。図３〜図７は、この発明の第１の実施
例における樹脂封止型半導体装置の製造工程の第１工程
〜第５工程を示す断面図である。なお、図４と図５に
は、説明の便宜上、部分拡大断面図が示されている。 【００２４】まず図３を参照して、半導体チップ１の表
面上の所定位置に設けられたパッド電極２の位置に対応
した位置に孔部６が設けられた下金型５ａを準備する。
次に、図４を参照して、上記の孔部６上に、突起電極３
となる金属球７を載置する。このとき、金属球７の径
は、孔部６の開口幅Ｗよりも大きくなるように設定され
る。それにより、図４に示されるように、孔部６上に金
属球７を載置することが可能となる。 【００２５】次に、図５を参照して、シリンダ８などを
用いて、図中矢印の方向に従って金属球７を加圧する。
それにより、金属球７は、孔部６に押し付けられる形で
変形する。それにより、金属球７に、ベース部７ａと柱
体部７ｂとが形成される。このとき、金属球７の大きさ
やシリンダ８の加圧力などの諸条件を適切に調整するこ
とによって、孔部６内に押し込まれる金属球７の量を調
整することが可能となる。すなわち、柱体部７ｂの高さ
Ｈ１を調整することが可能となる。それにより、金属球
７の高さＨを、容易に高くすることが可能となる。すな
わち、突起電極３の高さを容易に高くすることが可能と
なる。それにより、半導体チップ１を封止する樹脂４の
厚みを厚くすることが可能となる。その結果、樹脂封止
型半導体装置の信頼性を向上させることが可能となると
ともに、樹脂４の形成も容易となる。また、金属球７を
変形させるだけなので、製造コストも小さく抑えること
が可能となる。 【００２６】次に、図６を参照して、上記のようにして
変形された金属球７上に、半導体チップ１の表面上に設
けられたパッド電極２を載置する。このとき、金属球７
は、図５に示されるシリンダ８によって変形されている
ので、その表面の一部は平坦化されている。また、柱体
部７ｂが孔部６内に嵌合されているので、金属球の位置
ずれはほぼ起こり得ない。そのため、金属球７上に容易
にパッド電極２を配置することが可能となる。そして、
熱圧着あるいははんだ付けなどの手法によって、パッド
電極２と金属球７とを固着する。このとき、パッド電極
２の表面には特別な表面処理は不要である。また、パッ
ド電極２は、はんだに対して濡れ性の良好な材質からな
ることが好ましい。また、パッド電極２に予めはんだ材
を付与しておいてもよい。 【００２７】次に、図７を参照して、下金型５ａ上に上
金型５ｂを重ね合わせる。そして、上金型５ｂあるいは
下金型５ａに設けられたゲート９を通して、上下の金型
５ａ，５ｂによって形成されるキャビティ内に樹脂を加
圧注入する。それにより、半導体チップ１を封止する樹
脂（トランスファモールド用樹脂）４が形成される。こ
のとき、突起電極３の柱体部３ｂが、孔部６内に嵌合さ
れているので、樹脂の注入の際に、半導体チップ１の位
置を安定して保持することが可能となる。また、孔部６
からの樹脂の漏れを効果的に阻止することも可能とな
る。それにより、安定して樹脂４の形成が行なえる。ま
た、このとき、樹脂４の形成中に、収縮する樹脂４によ
って突起電極３がパッド電極２に押し付けられる。これ
は突起電極３が上述のような本件特有の構造を有してい
ることに起因する。それにより、パッド電極２と突起電
極３との接合は安定的に保持される。 【００２８】以上のようにして樹脂４を形成した後は、
上下の金型５ａ，５ｂから樹脂封止型半導体装置を取出
す。以上の工程を経て、図１に示される樹脂封止型半導
体装置が形成されることになる。 【００２９】（第２実施例）次に、図８を用いて、この
発明の第２の実施例について説明する。図８は、本実施
例における特徴的な製造工程を示す断面図である。 【００３０】図８を参照して、上述の下金型５ａにおい
て、孔部６の上端部に面取り部１０を形成してもよい。
それにより、金属球７を安定して孔部６上に載置するこ
とが可能となるとともに、樹脂４を注入する際の孔部６
内への樹脂の漏れを効果的に阻止することが可能とな
る。 【００３１】（第３実施例）次に、この発明の第３の実
施例について、図９を用いて説明する。図９は、この発
明に従う第３の実施例における特徴的な製造工程を示す
断面図である。 【００３２】図９を参照して、下金型５ａ下に、好まし
くは、孔部６を通して金属球７を真空吸引する真空吸引
手段を設けることが好ましい。この吸引手段によって金
属球７を吸引することによって、金属球７を、より確実
に安定して孔部６上に載置することが可能となる。また
このとき、上記の真空吸引手段に、真空度を検出する手
段をさらに設けた場合には、孔部６上に金属球７が載置
されたか否かを検知することが可能となる。それによ
り、さらに確実に孔部６上に金属球７を載置することが
可能となる。 【００３３】（第４実施例）次に、図１０を用いて、こ
の発明の第４の実施例について説明する。図１０は、こ
の発明に従う第４の実施例における樹脂封止型半導体装
置の特徴的な製造工程を示す断面図である。 【００３４】図１０を参照して、本実施例においては、
上金型５ｂの下面を平坦化している。それにより、金型
製作費の低減が図れる。このとき、ゲート９は下金型５
に形成される。また、ランナ部，カル部は下金型５ａに
設けられる。さらに、エジェクタピン１１を下金型５ａ
に設けることによって、樹脂封止型半導体装置の金型か
らの取出しを容易にすることが可能となる。なお、上記
の場合とは逆に、下金型５ａの上面を平坦化してもよ
い。 【００３５】（第５実施例）次に、この発明の第５の実
施例について図１１を用いて説明する。図１１は、本実
施例における特徴的な製造工程を示す断面図である。 【００３６】図１１を参照して、本実施例は、ポッティ
ング方式によって樹脂４を形成するものである。図１１
に示されるように、金型５には、半導体チップ１と金型
５との間の間隙への樹脂の回り込みをより確実にするた
めの吸引ピストン１２が設けられている。この吸引ピス
トン１２を図中矢印に従って移動させることによって、
エアーポケット１３を形成する。それにより、半導体チ
ップ１と金型５との間の気泡を抜くことが可能となる。
また、この吸引ピストン１２は、成形が完了した樹脂封
止型半導体装置を金型５から取出すためのエジェクタピ
ンの役割も兼ねている。また、好ましくは、金型５のキ
ャビティ表面１４に、型離れを容易にするためのフッ素
処理を施すことは有効である。 【００３７】以上、さまざまな実施例について説明した
が、上記の各実施例においては、特別高価な設備を必要
としないため、製造コストを低減させることが可能とな
る。また、パッド電極２と突起電極３との間に、従来例
のように、コンタクトメタル，バリアメタルなどの金属
層の形成を必要としないため、工程を簡略化することが
可能となる。このことも製造コスト低減につながる。 【００３８】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、突起電極の脱落を効果的に阻止することが可能とな
る。それにより、信頼性の高い樹脂封止型半導体装置が
得られる。また、製造工程も簡略化され、かつ特別高価
な設備をも必要としない。それにより、製造コストを低
減させることが可能となる。すなわち、この発明によれ
ば、信頼性の向上された樹脂封止型半導体装置を安価に
形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 この発明の第１の実施例における樹脂封止型
半導体装置を示す断面図である。 【図２】 図１における突起電極近傍を拡大した断面図
である。 【図３】 この発明の第１実施例における樹脂封止型半
導体装置の製造工程の第１工程を示す断面図である。 【図４】 この発明の第１実施例における樹脂封止型半
導体装置の製造工程の第２工程を示す部分拡大断面図で
ある。 【図５】 この発明の第１実施例における樹脂封止型半
導体装置の製造工程の第３工程を示す部分拡大断面図で
ある。 【図６】 この発明の第１実施例における樹脂封止型半
導体装置の製造工程の第４工程を示す断面図である。 【図７】 この発明の第１実施例における樹脂封止型半
導体装置の製造工程の第５工程を示す断面図である。 【図８】 この発明の第２実施例における樹脂封止型半
導体装置の特徴的な製造工程を示す断面図である。 【図９】 この発明の第３実施例における樹脂封止型半
導体装置の特徴的な製造工程を示す断面図である。 【図１０】 この発明の第４実施例における樹脂封止型
半導体装置の特徴的な製造工程を示す断面図である。 【図１１】 この発明の第５実施例における樹脂封止型
半導体装置の特徴的な製造工程を示す断面図である。 【図１２】 従来の樹脂封止型半導体装置の一例を示す
断面図である。 【符号の説明】 １，１０１ 半導体チップ、２，１０２ パッド電極、
３，１０３ 突起電極、４，１０４ 樹脂、５ 金型、
５ａ 下金型、５ｂ 上金型、６ 孔部、７金属球、８
シリンダ、９ ゲート、１０ 面取り部、１１ エジ
ェクタピン、１２ 吸引ピストン、１３ エアーポケッ
ト、１４ キャビティ表面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 21/56

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 半導体チップのパッド電極に対応する位
   置に孔部が形成された金型を準備する工程と、 前記孔部上に、前記孔部の径より大きい径を有する金属
   塊を載置する工程と、 前記金属塊を前記孔部に押し付けて変形させる工程と、 変形した前記金属塊上に前記半導体チップのパッド電極
   を載置し、前記パッド電極と前記金属塊とを接合する工
   程と、 前記金属塊と前記パッド電極とを接合した状態で、前記
   半導体チップをトランスファモールドにより封止する工
   程と、 を備えた、樹脂封止型半導体装置の製造方法。【請求項２】 請求項１に記載の製造方法により製造さ
   れた樹脂封止型半導体装置。