JP3150351B2 - 電子装置及びその製造方法 - Google Patents

電子装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子装置及びその製造方
法に係わり、特に電子部品の封止構造に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体チップ等の電子部品は、樹脂等に
より封止された状態でプリント配線基板上に実装され
る。例えば、図7に示されたものは、半導体チップ71
のパッドがリードフレーム73にワイヤ72によって接
続された状態で、樹脂70により封止された構造となっ
ている。図8では、半導体チップ81がリードフレーム
82にボンディングワイヤ83により接続された状態
で、セラミックパッケージ85によって封止されてい
る。また図9に示されたようなTABによる実装もあ
る。この場合には、銅から成るパターン92が形成され
たポリイミドフィルム93に、パッド上にバンプ91が
形成された半導体チップ90が接合された状態で、プリ
ント配線基板に実装される。
【0003】最近では、チップオンボード(COB)と
称される実装も存在する。これは図10(a)及び
(b)に示されるように、セラミックやガラスエポキシ
樹脂等から成る基板101の両面に、パッド上にバンプ
を形成された半導体チップ102が直接実装される。ま
た図11のように、配線層が多層に積層されたセラミッ
ク基板111上に半導体チップ112が実装されたもの
も存在する。あるいは、図12に示されたようにフレキ
シブル樹脂121上に半導体チップ122が搭載された
ものも用いられている。これらのパッケージ構造に関し
ては、以下の文献に記載されている。
【0004】1) 二瓶公志 他編;半導体実装技術ハ
ンドブック,p117,P142 (株)サイエンスフォーラム,
昭和61年。
【0005】2) (株)日立制作所半導体事業所編;
表面実装形LSI パッケージの実装技術とその信頼性向
上,p33 応用技術出版,1989年. 3)Microelectronics Packaging Handbook ,P368.e
d.by Rav R.Tummale and Fuglne J.Rymaszewski,Van Na
strandReinhold,1989.
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の電子装置には次のような問題があった。先ず、半導
体チップ等を封止する工程に時間がかかることが挙げら
れる。また、近年のデバイス技術の進歩により実現され
るに至った高機能集積回路では、500ピン以上という
ような多数の端子を必要とする。このため、パッケージ
が大型化し製造が困難になりつつある。TABによる実
装では、このパッケージの大型化を抑制する効果がある
程度得られるが、それでもパッケージの寸法は半導体チ
ップの1.5〜3倍を必要とする。
【0007】このような問題を解決するために、上述し
たCOB実装が考案され、試験的に用いられ始めてい
る。ところが、この実装方法では基板に実装するまでの
間、半導体チップを全く封止していない状態で保管しな
ければならない。このため、半導体チップに水分や塵埃
等が侵入して信頼性が低下する問題があった。また基板
に実装した後で、半導体チップの表面をポッティング樹
脂により封止するが、基板と樹脂との間に隙間が存在
し、やはり水分等の侵入を防ぐことはできなかった。
【0008】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、パッケージの小型化が可能で、かつ信頼性が高い電
子装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の電子装置は、第
1の外部バンプ端子を有する半導体チップと、前記第1
の外部バンプ端子に対応した位置に形成され、前記第1
の外部バンプ端子の寸法以上の大きさを有する穴と、一
方の表面に形成され、前記穴より大きい寸法を有する第
2の外部バンプ端子と、前記穴と前記第2の外部バンプ
端子とを接続する配線を含む回路パターンとを有し、前
記第2の外部バンプ端子が前記穴及び前記配線を介して
前記第1の外部バンプ端子と接続された状態で前記半導
体チップを搭載した基板と、少なくとも前記半導体チッ
プと前記基板との隙間、並びに前記半導体チップ及び前
記基板の側面を封止した外囲器とを備え、前記第1の外
部バンプ端子と、前記第2の外部バンプ端子とが異なる
位置に形成されていることを特徴とする。
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】外囲器は、有機樹脂から成るものであって
もよい。
【0014】そして有機樹脂には、無機材料が含まれて
いるのが好ましい。
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【作用】半導体チップが基板に搭載された状態で外囲器
により封止されており、また外部接続端子としてバンプ
が用いられていることから、小型化が達成される。半導
体チップが外囲器により封止された状態にあるため、水
分等の侵入が防止され、高い信頼性が確保される。ま
た、半導体チップが基板に搭載されていることから、強
度性が向上する。さらに、基板に半導体チップの第1の
外部バンプ端子に対応する位置に形成された基板の穴
と、基板の第2の外部バンプ端子とを接続する配線を含
む回路パターンが形成されていることから、半導体チッ
プの第1の外部バンプ端子と基板の第2の外部バンプ端
子とが位置が一致している必要がない。このため、回路
設計に変更が生じたような場合、基板の回路パターンを
変更するだけで、既存の半導体チップの流用が可能とな
る。
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】外囲器を有機樹脂により形成することがで
きる。この有機樹脂に無機材料が含まれていると、熱抵
抗が低下し、放熱性が向上する。
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。本実施例による電子装置は、厚さが0.
5mm以下の外囲器に半導体チップを封止したパッケージ
構造を有する点に特徴がある。
【0037】図1(a)に第1の実施例による電子装置
のパッケージ構造を示す。半導体チップ10のパッド上
にバンプ11が形成されており、その表面が有機系樹脂
からなる外囲器15により覆われている。
【0038】この電子装置は、次のような方法により製
造される。先ず図1(b)のように、半導体チップ10
のパッド上に、高さが70〜150mmになるようにバン
プ11が形成される。この後、図1(c)のように半導
体チップ10が真空チャック14上に搭載される。真空
チャック14によって、半導体チップ10が矢印Aの方
向に1000〜6500rpm の回転数で回転し、ノズル
13からは粘度が約1.5Pa.Sのポリイミド樹脂が流出
してスピンコートされる。これにより、半導体チップ1
0の表面には、ポリイミド樹脂から成る外囲器15が5
〜50μmの厚さに形成される。
【0039】ここで、外囲器15にはエポキシ樹脂やシ
リコーン樹脂、あるいはポリフェニレンサルファイドを
用いてもよい。またこれらの有機樹脂に、溶融石英やア
ルミナ、窒化アルミニウム等の無機材料を含ませると、
熱抵抗が減少し放熱性が向上する。
【0040】図2に、本実施例による第2の実施例を示
す。第1の実施例では、半導体チップの表面及び側面が
外囲器で覆われていた。これに対し第2の実施例では、
半導体チップ10のバンプ21が形成された表側と側面
だけでなく、裏面側も含む全面が外囲器22により封止
されている。
【0041】この装置は、次のような方法により製造さ
れる。図2(b)に示されたように、半導体チップ20
のパッド上にバンプ21が形成される。図2(c)のよ
うに、半導体チップ20の裏面側が真空チャック23に
より固定され、スピンコートが行われて樹脂22aで表
側が封止される。この後、図2(d)のように半導体チ
ップ20の表側が真空チャック23で固定され、裏面側
が樹脂22bで封止される。この樹脂22a及び22b
から成る外囲器22により、半導体チップのバンプ21
以外の全面が封止される。
【0042】本発明の第3の実施例は、図3に示される
ように放熱フィンが設けられている。半導体チップ30
のバンプ31が形成されていない裏面側のうち、中央に
樹脂32により覆われていない部分がある。この部分に
放熱フィン34が取り付けられ、半導体チップ30から
発生した熱が放熱されるようになっている。
【0043】この実施例では、半導体チップ31のバン
プを除く全面を樹脂32で覆った後裏面側の中央部分を
除去し、放熱フィン34をAu‐Ge系半田かポリイミ
ド系接着剤により矢印Bの方向に取り付けることによっ
て製造することが可能である(図3(b))。あるい
は、図3(c)に示されたように、半導体チップ30の
裏面側に予め放熱フィン35を取り付けた後、スピンコ
ートを行って樹脂32a及び32bで覆ってもよい。
【0044】図4(a)に、本発明の第4の実施例によ
る装置の構造を示す。本実施例では、半導体チップ41
が基板40に接合されており、強度性が向上している。
基板40には、有機材料の他に、酸化アルミニウム(A
l2O3 ),窒化アルミニウム(Al N),アルミニウム
(Al ),鉄(Fe )等の金属を用いることが可能であ
る。基板40に接合された半導体チップ41の表面を、
ポッティング樹脂43が覆って封止している。
【0045】この実施例における製造方法は、次のよう
である。図4(b)のように、基板40上にポリイミド
系の接着剤により半導体チップ41が接合され、基板4
0が真空チャック44で固定される。この状態で、ノズ
ル45からポッティング樹脂が流出して半導体チップ4
1の表側が覆われる。
【0046】ここで、基板40は半導体チップ41と同
一の大きさにすることもできる。しかし、この図4に示
されているように、半導体チップ41よりもやや大きく
した方が、より確実に半導体チップ41を樹脂43で封
止することができる。
【0047】図5(a)に、本発明の第5の実施例によ
る装置のパッケージ構造を示す。基板50の表面にバン
プ51が形成されており、この部分には穴52が開孔さ
れている。そして半導体チップ53のバンプ54と、基
板50の穴52の位置とが一致するように、基板50に
半導体チップ53が実装される。この状態で、ポッティ
ング樹脂から成る外囲器57によって、半導体チップ5
3が封止されている。
【0048】この装置を製造する方法は、次のようであ
る。図5(b)のように、先ず半導体チップ53の表側
が、基板50の接続用パッド51が形成されていない面
に実装される。この状態で、容器55へ半導体チップ5
3が矢印Cの方向に入れられ、表面に樹脂56が塗布さ
れる。この樹脂56には、1.0Pa.S程度の低粘度
の樹脂を用いることができる。COB実装では、このよ
うな低粘度の樹脂を用いることは難しい。しかし本実施
例では、半導体チップ53がプリント配線基板に実装さ
れていない状態で塗布されるため、低粘度の樹脂を用い
ることができ、隙間のない確実な封止が可能となる。
【0049】図6(a)に、本発明の第6の実施例を示
す。U型の断面形状を有する外囲器62の表面に接続用
パッド63が形成されており、接続用パッド63の形成
された位置に穴64が開孔されている。この外囲器62
の底面に、穴64とバンプ61の位置が一致するよう
に、半導体チップ60が搭載されている。外囲器62の
上面は、金属から成る薄板65が圧着されて封止されて
いる。外囲器62には、例えば厚さ0.5mmの熱硬化性
樹脂やセラミック等を用いることができる。薄板65に
は、厚さ0.1mmのアルミニウム(Al )や、銅(Cu
),鉄(Fe ),Ni (ニッケル),あるいはこれら
の合金の使用が可能である。
【0050】本実施例による電子装置は、次のようにし
て製造される。図6(b)に示されるように、外囲器6
2の底面に半導体チップ60が載置される。図6(c)
のように、外囲器62の端部62aが台67に固定され
る。この状態で、この端部62aと薄板65とに、圧接
用ツール106によって圧力が加えられて、圧着され
る。ここで、外囲器62と薄板65で封止された内部空
間に、不活性ガスを充填させた場合には、半導体チップ
の配線層等に腐食が生じるのを防止することができる。
不活性ガスの代わりに還元性のガスを用いた場合には、
バンプの腐食防止により大きな効果が得られる。
【0051】このように、第1実施例ないし第6の実施
例は、いずれも外部接続用の端子が設けられ、厚さが薄
い外囲器によって半導体チップが封止されている点に特
徴がある。このため、従来の電子装置が抱えていた、パ
ッケージ寸法の大型化や、封止工程時間の増大、封止さ
れていない半導体チップに水分等が侵入することによる
信頼性の低下といった問題が、全て解決される。
【0052】先ず上述した実施例では、外囲器の表面
に、半導体チップのパッドが露出しているか、あるいは
このパッドと同一位置に、外部接続用のパッドが設けら
れている。このため、外囲器の大きさを半導体チップよ
りわずかに大きい程度に抑えることが可能である。例え
ば、500ピンを有するセラミックパッケージでは5cm
四方の大きさになる。これに対し本実施例によれば、同
等の機能を有する装置を1.5cm〜2.0cm四方の大き
さで提供することができる。
【0053】また本実施例による方法で電子装置を製造
した場合には、半導体チップのパッド上へのバンプの形
成と、樹脂による封止とで基本的な製造が可能であるた
め、工程時間が短縮される。
【0054】従来のCOB実装では、半導体チップを基
板に直接実装するため寸法の増大を抑制することはでき
るが、実装までの間に水分等が侵入し信頼性が損なわれ
るという問題があった。これに対し、本実施例では半導
体チップが封止されるため、高い信頼性を確保すること
ができる。
【0055】さらに本実施例では、半導体チップを封止
する外囲器の厚みが薄いため、従来のパッケージよりも
端子の長さを大幅に短縮することができる。この結果、
リードのインダクタンスやキャパシタンスが低減され、
高速動作が可能となる。
【0056】また図5に示された第5の実施例では、基
板50に回路パターンを形成することで、半導体チップ
54のパッドと異なる位置に基板50にバンプ51を形
成することができる。これにより、設計変更が生じた場
合にも基板50に設けるバンプ51の配置を変えるのみ
で、既存の半導体チップ53を流用することが可能とな
り、コスト低減が達成される。
【0057】上述した実施例はいずれも一例であり、本
発明を限定するものではない。例えば、実施例では半導
体チップを封止していたが、トランジスタや抵抗体等の
電子部品を封止するものであってもよい。
【0058】
【発明の効果】以上説明したように本発明の電子装置
は、半導体チップが基板に搭載された状態で外囲器によ
り封止されており、また外部接続端子としてバンプ端子
が用いられていることから、小型化が達成される。半導
体チップが外囲器により封止された状態にあるため、水
分等の侵入が防止され、高い信頼性が確保される。ま
た、半導体チップが基板に搭載されていることから強度
性が向上し、さらに、基板において、半導体チップの第
1の外部バンプ端子に対応して形成された穴と第2の外
部バンプ端子とを接続する配線を含む回路パターンが形
成されていることから、半導体チップの第1の外部バン
プ端子と基板の第2の外部バンプ端子とが位置が一致し
ている必要がないため、回路設計に変更が生じたような
場合、基板の回路パターンを変更するだけで、既存の半
導体チップの流用が可能である。
【0059】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による電子装置のパッケ
ージ構造及びその製造方法を示した工程別縦断面図。
【図2】本発明の第2の実施例による電子装置のパッケ
ージ構造及びその製造方法を示した工程別縦断面図。
【図3】本発明の第3の実施例による電子装置のパッケ
ージ構造及びその製造方法を示した工程別縦断面図。
【図4】本発明の第4の実施例による電子装置のパッケ
ージ構造及びその製造方法を示した工程別縦断面図。
【図5】本発明の第5の実施例による電子装置のパッケ
ージ構造及びその製造方法を示した工程別縦断面図。
【図6】本発明の第6の実施例による電子装置のパッケ
ージ構造及びその製造方法を示した工程別縦断面図。
【図7】従来の電子装置のパッケージ構造を示した斜視
断面図。
【図8】従来の電子装置のパッケージ構造を示した縦断
面図。
【図9】従来の電子装置のパッケージ構造を示した縦断
面図。
【図10】従来のCOB実装方法による電子装置のパッ
ケージ構造を示した斜視図。
【図11】従来のCOB実装方法による電子装置のパッ
ケージ構造を示した斜視図。
【図12】従来のCOB実装方法による電子装置のパッ
ケージ構造を示した斜視図。
【符号の説明】
10 半導体チップ 11 バンプ 12 ポッティング樹脂 13 ノズル 14 真空チャック 15 外囲器 34 放熱フィン 40 基板 65 薄板 66 圧接用ツール
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−21833(JP,A) 特開 昭63−127557(JP,A) 特開 昭63−95637(JP,A) 特開 平1−198040(JP,A) 実開 平2−131348(JP,U) 実開 平2−102738(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/28 H01L 23/12 H01L 21/56

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の外部バンプ端子を有する半導体チッ
    プと、 前記第1の外部バンプ端子に対応した位置に形成され、
    前記第1の外部バンプ端子の寸法以上の大きさを有する
    穴と、一方の表面に形成され、前記穴より大きい寸法を
    有する第2の外部バンプ端子と、前記穴と前記第2の外
    部バンプ端子とを接続する配線を含む回路パターンとを
    有し、前記第2の外部バンプ端子が前記穴及び前記配線
    を介して前記第1の外部バンプ端子と接続された状態で
    前記半導体チップを搭載した基板と、 少なくとも前記半導体チップと前記基板との隙間、並び
    に前記半導体チップ及び前記基板の側面を封止した外囲
    器とを備え、 前記第1の外部バンプ端子と、前記第2の外部バンプ端
    子とが異なる位置に形成されていることを特徴とする電
    子装置。
  2. 【請求項2】前記外囲器は、有機樹脂から成るものであ
    ることを特徴とする請求項1記載の電子装置。
  3. 【請求項3】前記外囲器は、無機材料が含まれているこ
    とを特徴とする請求項2記載の電子装置。
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