JP3442648B2 - ボールグリッドアレイ型半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子と外部
端子とを電気的に接続するための、導電性配線を備えた
絶縁性テープによって構成された半導体装置であり、特
に外部端子を球状はんだなどから形成したボールグリッ
ドアレイ型半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高密度実装化に対応するた
め、多ピン化、小型化および高速化に適したボールグリ
ッドアレイ（ＢＧＡ）型の半導体装置が実用化されてい
る。このＢＧＡ型半導体装置は、半導体装置の面内に、
はんだバンプなどから成る外部端子をアレイ状に２次元
配置した構造となっている。

【０００３】ＢＧＡ型半導体装置では、半導体素子と外
部端子との電気的接続のため、表面、あるいは表面およ
び内部に導電性配線が形成されているインターポーザと
呼ばれる部材が用いられている。インターポーザにはガ
ラス／エポキシなどを基材とするプリント配線基板や、
ポリイミドなどを基材として表面などに導電性配線を形
成した絶縁性テープなどが使用されている。

【０００４】導電性配線が形成された絶縁性テープによ
って半導体装置を構成した例が特開平９−１２１００２
号公報に示されている。図１８は、従来の絶縁性テープ
を用いたＢＧＡ型半導体装置の概略断面図である。図１
８において、ＢＧＡ型半導体装置は、半導体素子１と、
表面に導電性配線２が形成され、ボンディングパッド部
２ａなどの一部を開口するように形成された絶縁膜３を
有する絶縁性テープ４と、半導体素子１を絶縁性テープ
４の表面に固着する接着部材５と、半導体素子１と導電
性配線２とを電気的に接続する金属細線６と、半導体素
子１と金属細線６と絶縁性テープ４の半導体素子固着面
４ａとを封止する封止樹脂７と、外部端子８とから構成
されている。

【０００５】導電性配線２には、金属細線６が接続され
るボンディングパッド２ａと外部端子８が接続されるラ
ンド２ｂとが連なっている。

【０００６】絶縁膜３は、ソルダーレジストあるいはフ
ォトレジストなどと呼ばれており、スクリーン印刷法、
フォト法などによって形成される。絶縁膜３にはエポキ
シ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリブタジエン樹脂などの材
料が用いられる。外部端子８には主にはんだ材料（Ｐｂ
―Ｓｎ系共晶はんだ）が用いられる。

【０００７】金属細線６と導電性配線２とは、半導体素
子１の面外に配置されているボンディングパッド２ａで
接続されている。ボンディングパッド２ａの部分では、
絶縁膜３に開口部３ａが形成されており、金属細線６と
ボンディングパッド２ａとが接合できるようになってい
る。

【０００８】外部端子８は、絶縁性テープ４の実装面４
ｂにアレイ状に設けられ、半導体素子１の下側で、その
面内に配置されている。半導体素子１面内に配置される
外部端子８と半導体素子１とを電気的に接続するため、
導電性配線２はボンディングパッド２ａから半導体素子
１の面内に位置するランド２ｂまで連続して形成されて
いる。

【０００９】ランド２ｂが形成されている絶縁性テープ
４の実装面４ｂ側には、ランド２ｂに達する開口部９が
設けられており、この開口部９においてランド２ｂと外
部端子８とが接合できるようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１８に示
した従来のＢＧＡ型半導体装置では、シリコン（Ｓｉ）
からなる半導体素子１の線膨張係数は２〜３×１０^-6／
°Ｃであり、ポリイミド樹脂などから絶縁性テープ４の
線膨張係数は１０×１０^-6／°Ｃ程度であるため、両者
の線膨張係数に大きな差異がある。

【００１１】このような構成の従来のＢＧＡ型半導体装
置に温度変化が加わると、半導体素子１と絶縁性テープ
４との線膨張係数差に起因した熱応力が、両者の界面に
発生するようになり、両者を接着している接着部材５に
亀裂や剥離などが発生する場合がある。

【００１２】また、図１８に示した従来のＢＧＡ型半導
体装置では、絶縁性テープ４の半導体素子固着面側４ａ
にのみ封止樹脂７が形成されている。このため、ＢＧＡ
型半導体装置に温度変化が加わると、封止樹脂７の膨張
・収縮によって半導体装置に反り変形が発生し、これに
よって、絶縁性テープ４には引張り・圧縮の荷重が作用
するようになる。

【００１３】絶縁性テープ４は剛性の大きな半導体素子
１と接着部材５で接着されているため、両者の界面に大
きな応力が発生し、接着部材５に亀裂や剥離が発生する
ようになる。

【００１４】このように、図１８に示した従来のＢＧＡ
型半導体装置では、少なくとも上述したどちらか一方の
原因によって接着部材５に亀裂や剥離が発生する可能性
が大であった。

【００１５】接着部材５に亀裂や剥離が発生すると、線
膨張係数の大きな絶縁膜３は接着部材５による拘束を受
けなくなるため自由に熱変形できるようになる。このた
め、半導体素子１と絶縁膜３との線膨張係数差に起因し
て発生する応力が、絶縁膜３の端部に集中するようにな
る。

【００１６】絶縁膜３が半導体素子１の下面すべてを覆
うように形成され、絶縁膜３の端部が半導体素子１の端
部とほぼ一致している場合は、半導体素子１の端部に大
きな応力が発生するようになる。

【００１７】そこで、半導体素子１の端部に応力が集中
するのを防止するため、少なくとも半導体素子１の面内
の個々のランド２ｂを覆うように絶縁膜３を設けて、絶
縁膜３を互いに独立して形成するように構成することが
考えられる。

【００１８】ところで、上述したように、接着部材５に
よる拘束が無くなった絶縁膜３は自由に熱変形するよう
になる。特に、冷却過程において、絶縁膜３自体の収縮
によって絶縁膜３と接着部材５の側面側界面を開口させ
る力が生じる。さらに、封止樹脂７の収縮による半導体
装置の変形によって絶縁テープ４が外側に引張りを受け
る。

【００１９】このため、上述したように、絶縁膜３を互
いに独立して形成するように構成すると、絶縁膜３の側
面側界面には、さらに開口方向の力が加わるようにな
り、この繰り返しによって絶縁膜３の側面に剥離が発生
するようになる。

【００２０】さらに、温度変化の繰り返しを受けること
によって、絶縁膜３側面の剥離先端から導電性配線２内
部へ進行する亀裂が発生し、断線を引き起こす場合があ
る。導電性配線２が断線すると半導体装置が正常に機能
しなくなり、ＢＧＡ型半導体装置の信頼性を著しく低下
させることになる。

【００２１】本願発明者は、図１８に示した従来のＢＧ
Ａ型半導体装置について、２０分間で１５０°Ｃ→−５
５°Ｃに温度変化させ、これを１サイクルとして、実験
したところ、約５００サイクルで導電性配線２に断線が
発生したものがあった。

【００２２】また、図１８に示した従来のＢＧＡ型半導
体装置では、半導体素子１の面内に外部端子８が配置さ
れた構造となっている。半導体装置は、通常、ガラス／
エポキシ樹脂などを基材とする実装基板に実装して使用
される。実装された状態の半導体装置に温度変化が加わ
ると、半導体装置と実装基板との線膨張係数差に起因し
た応力が外部端子８に発生するようになる。

【００２３】この応力は、半導体装置の中でも線膨張係
数が最も小さい半導体素子１の端部に位置する外部端子
８で最も大きくなり、外部端子８に破断が発生する可能
性が大きくなっている。外部端子８に破断が発生する
と、半導体装置が正常に機能しなくなり、半導体装置の
信頼性を著しく低下させることになる。

【００２４】本発明の目的は、導電性配線の断線、およ
び外部端子の破断を抑制し、信頼性の高いＢＧＡ型の半
導体装置を実現することである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記した目的は、接着部
材に亀裂や剥離が発生したことによって生じる絶縁膜の
熱変形量を、低減又は拘束する手段を採用することによ
って解決することができる。また、半導体装置の反り変
形量を低減する手段を採用することによって解決するこ
とができる。

【００２６】上記目的を達成するため、本発明は、次よ
うに構成される。 （１）ボールグリッドアレイ型半導体装置において、複
数のパッド及び複数のランドと、少なくとも半導体素子
の面内で上記複数のランドのそれぞれを覆うように形成
され、互いに分離された複数の絶縁膜と、上記複数のラ
ンドのそれぞれから延長されて上記絶縁膜から突出する
複数の導電性部材を有する絶縁性テープと、上記絶縁性
テープの表面に接着部材によって固着され、金属細線に
よって上記パッドを介して上記導電性部材と電気的に接
続される方形の半導体素子と、上記半導体素子の周囲と
上記絶縁性テープの半導体素子固着面とを封止する封止
樹脂と、上記ランドに接合された外部端子と、を備え
る。

【００２７】導電性部材は銅（Ｃｕ）もしくは銅の表面
にめっきを施した材料によって形成され、これら導電性
部材に用いられる材料は、絶縁膜に用いられる材料より
通常弾性係数が大きくなっている。

【００２８】そのため、温度変化時の絶縁膜の変形は、
絶縁膜が覆っている導電性配線によって少なからず拘束
されるようになっている。

【００２９】各ランドを覆うように形成されている絶縁
膜から複数の導電性部材を、絶縁膜の側面を横切るよう
に突出させることにより、絶縁膜側面の剥離が抑制され
るようになる。絶縁膜側面の剥離が抑制されることによ
って、剥離面積が減少し、絶縁膜の熱変形量が低減す
る。また、絶縁膜内部で導電性部材が占める割合も増加
するため、絶縁膜の熱変形量が導電性部材の拘束によっ
て低減するようになる。

【００３０】各ランドから延びる導電性部材は、すべて
を半導体素子と電気的に接続する必要はない。絶縁膜か
ら突出して絶縁膜の熱変形を拘束できようであれば、導
電性部材の突出端が途切れていても差し支えない。この
ような電気的に接続されない導電性部材は、ダミー配線
として絶縁性テープ表面に形成される。

【００３１】（２）好ましくは、上記（１）において、
上記複数のランドのそれぞれから延長されて上記絶縁膜
から突出する複数の導電性部材のうち、少なくとも１本
の導電性部材を上記半導体素子と電気的に接続し、他の
導電性部材を、少なくとも上記電気的に接続される導電
性部材を挟む位置に形成する。

【００３２】（３）また、好ましくは、上記（２）にお
いて、１つのランドの中心点から上記電気的に接続され
る導電性部材とを結ぶ直線に対して、上記中心点を回転
中心として、上記直線の一方の側に９０°回転させた領
域内に、少なくとも１本の他の導電性部材を形成し、上
記直線の他方の側に９０°回転させた領域内に、少なく
とも１本の他の導電性部材を形成する。

【００３３】少なくとも１本の導電性部材を上記半導体
素子と電気的に接続し、他の導電性部材を、少なくとも
上記電気的に接続される導電性部材を挟む位置に形成す
れば、絶縁膜の熱変形をバランス良く拘束し、導電性部
材に発生する応力を平準化して低減することができる。

【００３４】（４）また、好ましくは、上記（１）又は
（２）において、上記絶縁膜から突出する上記導電性部
材の絶縁膜内部における幅は、絶縁膜外部の幅より広
い。

【００３５】絶縁膜から突出する導電性部材の幅を、絶
縁膜の内部において外部より広く形成すると、絶縁膜内
での導電性部材が占める割合を、多くすることになり、
絶縁膜の変形量を低減することができる。

【００３６】導電性部材の幅広化は絶縁膜の変形量低減
効果の他に、導電性部材に亀裂が発生しても断線に至る
までの寿命（温度変化の繰り返し回数）を長くできる効
果も得られる。

【００３７】

【００３８】（５）また、複数のパッド及び複数のラン
ドと、少なくとも半導体素子の面内で上記複数のランド
を覆う絶縁膜と、上記パッド及びランドに接続される導
電性配線を有する絶縁性テープと、上記絶縁性テープの
表面に接着部材によって固着され、金属細線によって上
記導電性配線と電気的に接続される方形の半導体素子
と、上記半導体素子の周囲と上記絶縁性テープの半導体
素子固着面とを封止する封止樹脂と、上記ランドに接合
された外部端子とを有するボールグリッドアレイ型半導
体装置において、上記絶縁膜は、互いに分離された複数
の絶縁膜であって、それぞれの絶縁膜は、個々の上記ラ
ンドを覆うように形成されるとともに、上記ランドに上
記絶縁膜から突出する突起が形成される。

【００３９】絶縁膜で覆われるランドに、ランドから延
びる導電性配線の他に突起を形成することによって、導
電性配線と同じ材料である突起が絶縁膜を拘束するよう
になり、絶縁膜の熱変形量を低減することができる。

【００４０】絶縁膜が個々のランドを覆う場合は、各ラ
ンドに絶縁膜から突出するように突起を形成する。この
ような突起を形成することによって、絶縁膜側面のはく
離が分断されるため、絶縁膜の熱変形量を低減させるこ
とができる。

【００４１】（６）好ましくは、上記（５）置におい
て、上記ランドに形成する突起は複数であり、少なくと
も上記導電性配線を挟む位置に形成する。

【００４２】（７）また、好ましくは、上記（６）にお
いて、１つのランドの中心点から上記導電性配線とを結
ぶ直線に対して、上記中心点を回転中心として、上記直
線の一方の側に９０°回転させた領域内に、少なくとも
１つの上記突起を形成し、上記直線の他方の側に９０°
回転させた領域内に、少なくとも１つの上記突起を形成
する。

【００４３】ランドに形成する突起は、ランドから延び
る導電性配線を挟み込むような位置であって、導電性配
線の両側少なくとも２個所に形成することにより、少な
くとも導電性配線周囲の絶縁膜の熱変形量を低減でき、
絶縁膜側面の下端部に位置する導電性配線に大きな応力
が生じるのを防ぐことができる。

【００４４】（８）また、好ましくは、上記（５）、
（６）又は（７）において、上記ランドに接続される導
電性配線の絶縁膜内部における幅を、絶縁膜外部の幅よ
り広い。

【００４５】絶縁膜から突出する導電性配線の幅を、絶
縁膜の内部において外部より広く形成すると、絶縁膜内
での導電性配線が占める割合を、多くすることになり、
絶縁膜の変形量を低減することができる。

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【００５０】

【００５１】

【００５２】

【００５３】

【００５４】

【００５５】

【００５６】

【００５７】

【００５８】

【００５９】

【００６０】

【００６１】（９）また、複数のパッド及び複数のラン
ドと、少なくとも半導体素子の面内で上記複数のランド
を覆う絶縁膜と、上記パッド及びランドに接続される導
電性配線を有する絶縁性テープと、上記絶縁性テープの
表面に接着部材によって固着され、金属細線によって上
記導電性配線と電気的に接続される方形の半導体素子
と、上記半導体素子の周囲と上記絶縁性テープの半導体
素子固着面とを封止する封止樹脂と、上記ランドに接合
された外部端子とを有するボールグリッドアレイ型半導
体装置において、上記絶縁膜は、互いに分離された複数
の絶縁膜であって、それぞれの絶縁膜は、個々の上記ラ
ンドを覆うように形成されるとともに、上記ランドに接
続される導電性配線は、絶縁膜内部における幅が、絶縁
膜外部の幅より広い。

【００６２】導電性配線の幅を、絶縁膜の内部において
外部より広く形成すると、絶縁膜内での導電性配線が占
める割合を、多くすることになり、絶縁膜の変形量を低
減することができる。

【００６３】導電性配線の幅広化は絶縁膜の変形量低減
の他に、導電性配線に亀裂が発生しても断線に至るまで
の寿命を長くできる効果がある。

【００６４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、添付
図面を用いて説明する。図１は、本発明によるボールグ
リッドアレイ型半導体装置の第１の実施形態を示す図で
あり、半導体素子と、封止樹脂と、絶縁膜とを取り除い
た状態での平面図である。また、図２は図１に示した半
導体装置の断面図である。

【００６５】図１及び図２に示すように、本発明の第１
の実施形態である半導体装置は、導電性配線２が形成さ
れた絶縁性テープ４と、接着部材５によって絶縁性テー
プ４に固着された半導体素子１と、半導体素子１と導電
性配線２を電気的に接続する金属細線６と、半導体素子
１と金属細線６と絶縁性テープ４の表面とを覆う封止樹
脂７と、外部端子８とを備えている。

【００６６】絶縁性テープ４の半導体素子１側の固着面
４ａには、金属細線６が接合されるボンディングパッド
２ａと、複数の外部端子８のそれぞれが接合される複数
のランド２ｂと、導電性配線２とが設けられている。ボ
ンディングパッド２ａより中央側で半導体素子１の下面
内に位置するランド２ｂの、それぞれの上面及び側面
は、１つのランド２ｂ毎に設けられた絶縁膜３で覆われ
ている。また、導電性配線２は、ランド２ｂとボンディ
ングパッド２ａ間を電気的に接続するために絶縁性テー
プ４の表面で引き延ばされている。

【００６７】半導体素子１の面内に位置するランド２ｂ
からは、ボンディングパッド２ａと電気的に接続される
導電性配線２の他に、ボンディングパッド２ａとは繋が
っていないダミー配線１０が引き延ばされている。ダミ
ー配線１０は、ランド２ｂを覆う絶縁膜３の側面３ｂか
ら突出しており、その先端は絶縁膜３の外部まで延ばさ
れている。つまり、ダミー配線１０の長さは、ランド２
ｂの側面から絶縁膜３の側面の外部に露出する程度の長
さとなっている。ダミー配線１０は、導電性配線２と同
様に絶縁性テープ４の表面に設けられており、導電性配
線２と同一のプロセスによって形成される。

【００６８】導電性配線２には、銅（Ｃｕ）箔あるいは
表面に金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などのメッキを施
した銅箔などが用いられる。導電性配線２に連なるボン
ディングパッド２ａおよびランド２ｂも同じ材料で形成
されるが、接合性を高めるなどのため各個所に応じたメ
ッキなどを施す場合がある。

【００６９】絶縁性テープ４の実装面４ｂにはランド２
ｂまで貫通した開口部９が形成されており、ランド２ｂ
には開口部９を介して外部端子８が接合されている。し
たがって、外部端子８は半導体素子１の下部に形成され
るようになり、図１のようにアレイ状に配置される。

【００７０】外部端子８には、はんだ材料（例えばＰｂ
−Ｓｎ系共晶はんだ）などを使用し、球状のはんだ材も
しくはペースト状のはんだ材を開口部９に配置した後、
はんだを溶融させてランド２ｂと接合させる。

【００７１】半導体素子１は、絶縁性テープ４の半導体
素子固着面４ａに接着部材５によって固着されている。
また、半導体素子１の上面には図示されていない電極が
形成されており、この電極と絶縁性テープ４の表面のボ
ンディングパッド２ａとを金属細線６で接続することに
よって、半導体素子１と導電性配線２とが電気的に接続
される。

【００７２】なお、接着部材５には、例えばエポキシ樹
脂を基材とする材料を用いる。また、金属細線６には、
金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）あるいはアルミ（Ａｌ）などの
材料を用いる。

【００７３】封止樹脂７は、半導体素子１と金属細線６
と絶縁性テープ４の半導体素子固着面４ａとを覆うよう
に形成されている。この封止樹脂７には熱硬化性樹脂で
あるエポキシ樹脂にシリカ粒子を充てんした材料などが
用いられ、トランスファモールド法あるいはポッティン
グ法によって形成される。

【００７４】以上のように、本発明の第１の実施形態に
おける半導体装置によれば、個々のランド２ｂを覆う個
々の絶縁膜３は、互いに分離されており、かつ、ランド
２ｂを覆う絶縁膜３の側面３ｂから、ランド２ｂに接続
される導電性配線２の他にダミー配線１０を突出させる
ことによって、絶縁膜３内部で剛性の大きな配線材料が
占める割合を大きくすることができ、絶縁膜３自体の熱
変形の拘束を、ダミー配線１０により強化することがで
きるようになる。

【００７５】また、絶縁膜側面３ｂの剥離を導電性配線
２とダミー配線１０とによって抑制することができ、側
面３ｂの剥離発生による絶縁膜３の熱変形量の増加を抑
制することができる。

【００７６】これによって、半導体装置に温度変化が加
わった場合に、絶縁膜３の側面下端部で発生する導電性
配線２の断線不良を防止することが可能となり、導電性
配線の断線を抑制し、信頼性の高いＢＧＡ型の半導体装
置を実現することができる。

【００７７】本願発明者の実験によれば、図１に示した
第１の実施形態であるＢＧＡ型半導体装置について、２
０分間で１５０°Ｃ→−５５°Ｃに温度変化させ、これ
を１サイクルとしたところ、約２０００サイクルでも導
電性配線２に断線が発生することは無かった。

【００７８】なお、図１、図２に示した第１の実施形態
では、ランド２ｂに連なるダミー配線１０を、半導体素
子１の面内に配置されているランド２ｂに設ける例を示
している。これは、第１の実施形態のような構成の半導
体装置では、半導体素子１の面内に位置するランド２ｂ
に接続された導電性配線２に断線不良が発生する可能性
が大きいためである。

【００７９】しかしながら、ダミー配線の形成は半導体
素子１の面内に配置されるランド２ｂに限定させるもの
ではなく、面外に配置されているランド２ｂにもダミー
配線１０を形成しても差し支えはない。さらに、ダミー
配線１０を導電性配線２と同じようにボンディングパッ
ド２ａに接続しても良いし、他のランド２ｂもしくはダ
ミー配線１０どうし、さらには導電性配線２と接続して
も良い。

【００８０】また、図１及び図２に示した第１の実施形
態では、ランド２ｂに接合される外部端子８が半導体素
子１の面外と面内の両方に配置された半導体装置の例を
示したが、外部端子８が半導体素子１の面内のみに配置
される例にも、もちろん適用可能である。

【００８１】つまり、本発明の第１の実施形態は、図３
に示すように、すべての外部端子８が半導体素子１の面
内に配置された構成の半導体装置であっても同様に適用
することができる。この図３に示した例では、すべての
ランド２ｂにダミー配線１０が形成されている。

【００８２】図４は、図１、図２に示した第１の実施形
態の他の態様を示す平面図である。図１、図２に示した
例では、ランド２ｂに接続されたダミー配線１０を、半
導体素子１の面内に配置されているランド２ｂについて
は、それぞれ４本づつ設ける例を示してある。絶縁膜３
の熱変形を拘束する効果は、ダミー配線１０の数が多く
なるほど向上するようになる。

【００８３】しかしながら、ランド２ｂどうしの間隔が
狭い場合などは、多くのダミー配線１０をランド２ｂに
形成することができなくなる。ダミー配線１０は、絶縁
膜３自体の熱変形を拘束し、導電性配線２の断線を防止
できれば、その数は１本であっても複数本であっても良
い。

【００８４】しかしながら、絶縁膜３の熱変形をバラン
ス良く拘束し、導電性配線２に発生する応力を平準化し
て低減するためには、図４に示すように導電性配線２の
両側近傍部分に、導電性配線２を挟み込むように少なく
とも２本のダミー配線１０を形成するのが望ましい。

【００８５】つまり、ランド２ｂの中心点から導電性配
線２の延長線とを結ぶ直線に対して、上記中心点を回転
中心として、絶縁性テープ４の表面上で、上記直線の一
方の側に９０°回転させた領域内に、一本のダミー配線
１０を形成し、上記直線の他方の側に９０°回転させた
領域内に、他の一本のダミー配線１０を形成する。好ま
しくは、上記直線の一方又は他方の側に４５°回転させ
た領域内にダミー配線１０を形成する。

【００８６】図５および図６は、図１、図２に示した本
発明の第１の実施形態の他の態様を説明する図であり、
ランド２ｂに接続する導電性配線２とダミー配線１０と
の形状を示す平面図である。

【００８７】図５において、ランド２ｂには導電性配線
２とダミー配線１０とが接続されており、これらは絶縁
膜３から突出して引き延ばされている。導電性配線２
は、絶縁膜３の内部における幅ａが外部の幅ｂよりも広
くなっており、この外部の幅は徐々に狭くなり、一定値
となる。導電性配線２の幅をこのような構成にすること
によって、少なくとも導電性配線２近傍における絶縁膜
３自体の熱変形量を、導電性配線２の拘束によって低減
する機能を増加させることができる。

【００８８】また、絶縁膜３から突出する部分近傍の配
線幅を広くすることによって、配線に亀裂が生じた場合
であっても、完全に断線に至るまでの寿命を増加させる
ことができ、通常の使用期間内での不良発生を防止する
ことが可能となる。

【００８９】図６は、ランド２ｂから延びる導電性配線
２の他に、ダミー配線１０にも絶縁膜３内部の幅ａが外
部の幅ｂより広くなるような幅広部を形成した例であ
る。このような構成によって、絶縁膜３の熱変形量をさ
らに低減することができるようになる。

【００９０】なお、導電性配線２及びダミー配線１０の
絶縁膜３内部の幅ａ及び外部の幅ｂは、広ければ広い
程、絶縁膜３の熱変形量の低減効果が大きくなると考え
られるが、大とすればする程、ノイズが混入する可能性
が大きくなる。また、隣接するランド２ｂ等の配線との
関係から、これら幅ａ及びｂの大きさが制限される。し
たがって、上述したノイズの混入及び他の配線等との関
係から幅ａ及びｂが決定される。

【００９１】図７は、本発明によるボールグリッドアレ
イ型半導体装置の第２の実施形態を示す図であり、半導
体素子と、封止樹脂と、絶縁膜とを取り除いた状態での
平面図である。また、図８は図７に示した半導体装置の
断面図である。

【００９２】図７及び図８に示すように、本発明の第２
の実施形態である半導体装置は、第１の実施形態と同様
に、導電性配線２が形成された絶縁性テープ４と、接着
部材５によって絶縁性テープ４に固着された半導体素子
１と、半導体素子１と導電性配線２を電気的に接続する
金属細線６と、半導体素子１と金属細線６と絶縁性テー
プ４の表面とを覆う封止樹脂７と、外部端子８とを備え
ている。

【００９３】図１及び図２に示した第１の実施形態と、
この第２の実施形態との異なる点は、少なくとも半導体
素子１の下面内に配置されているランド２ｂについて
は、ランド２ｂを覆う絶縁膜３から突出する複数個の突
起１１を形成したことである。他の構成については、第
１の実施形態と第２の実施形態とは同様となっている。
突起１１は、ランド２ｂおよび導電性配線２と同じよう
に銅（Ｃｕ）箔などから構成される。

【００９４】このように、ランド２ｂに複数個の突起１
１を形成することによって、絶縁膜３内部で剛性の大き
な配線材料が占める割合を大きくすることができ、絶縁
膜３自体の熱変形をより拘束することができるようにな
る。また、絶縁膜３の側面３ｂの剥離を導電性配線２と
突起１１とによって抑制することができ、側面３ｂの剥
離発生による絶縁膜３の熱変形量の増加を抑制すること
ができる。

【００９５】これによって、半導体装置に温度変化が加
わった場合に、絶縁膜３の側面下端部で発生する導電性
配線２の断線不良を防止することが可能となり、導電性
配線の断線を抑制し、信頼性の高いＢＧＡ型の半導体装
置を実現することができる。

【００９６】なお、突起１１は、絶縁膜３自体の熱変形
を拘束し、導電性配線２の断線を防止できれば、その数
は１本であっても複数本であっても良い。しかしなが
ら、絶縁膜３の熱変形をバランス良く拘束し、導電性配
線２に発生する応力を平準化して低減するためには、図
９に示すように導電性配線２の両側近傍部分に、導電性
配線２を挟み込むように少なくとも２本の突起１１を形
成するのが望ましい。

【００９７】つまり、ランド２ｂの中心点から導電性配
線２の延長線とを結ぶ直線に対して、上記中心点を回転
中心として、絶縁性テープ４の表面上で、上記直線の一
方の側に９０°回転させた領域内に、一本の突起１１を
形成し、上記直線の他方の側に９０°回転させた領域内
に、他の一本の突起１１を形成する。好ましくは、上記
直線の一方又は他方の側に４５°回転させた領域内に突
起１１を形成する。

【００９８】さらに、導電性配線２には、図１０に示す
ような絶縁膜３内部の幅ａが外部の幅ｂよりも広くなる
ような幅広部を形成するのが望ましい。この導電性配線
２は、絶縁膜３の内部における幅ａが外部の幅ｂよりも
広くなっており、この外部の幅は徐々に狭くなり、一定
値となる。

【００９９】このような構成によって、少なくとも導電
性配線２近傍における絶縁膜３自体の熱変形量を、幅広
部を設けた導電性配線２の拘束によって低減することが
できる。また、配線に亀裂が生じた場合であっても、完
全に断線に至るまでの寿命を増加させることができ、通
常の使用期間内での不良発生を防止することが可能とな
る。

【０１００】図１１は、本発明によるボールグリッドア
レイ型半導体装置の第３の実施形態を示す図であり、半
導体素子と、封止樹脂とを取り除いた状態での平面図で
ある。また、図１２は図１１に示した半導体装置の断面
図である。

【０１０１】図１１及び図１２に示すように、本発明の
第３の実施形態である半導体装置は、導電性配線２が形
成された絶縁性テープ４と、接着部材５によって絶縁性
テープ４に固着された半導体素子１と、半導体素子１と
導電性配線２を電気的に接続する金属細線６と、半導体
素子１と金属細線６と絶縁性テープ４の表面とを覆う封
止樹脂７と、外部端子８とを備えている。

【０１０２】絶縁性テープ４の半導体素子１側の固着面
４ａには、ボンディングパッド２ａと複数のランド２ｂ
と導電性配線２とが設けられており、ボンディングパッ
ド２ａより中央側で半導体素子１の下面内に位置するラ
ンド２ｂを覆うように絶縁膜３が設けられている。この
絶縁膜３は、１つのランド２ｂ毎に設けられている。こ
れらのランド２ｂを覆う絶縁膜３のランド２ｂの上面中
央部分には開口部１２が形成されており、開口部１２の
内部に接着部材５が侵入しており、この接着部材５は、
ランド２ｂの上面と接している。

【０１０３】したがって、絶縁膜３はランド２ｂの外周
部分を覆うように構成されている。導電性配線２は、ラ
ンド２ｂとボンディングパッド２ａとの間を電気的に接
続するために絶縁性テープ４の表面で引き延ばされてい
る。絶縁性テープ４の実装面４ｂにはランド２ｂまで貫
通した開口部９が形成されており、ランド２ｂには開口
部９を介して外部端子８が接合されている。

【０１０４】半導体素子１は、絶縁性テープ４の半導体
素子固着面４ａに接着部材５によって固着されている。
半導体素子１の上面には図示されていない電極が形成さ
れており、この電極と絶縁性テープ４表面のボンディン
グパッド２ａとを金属細線６で接続することによって、
半導体素子１と導電性配線２とが電気的に接続されてい
る。

【０１０５】また、封止樹脂７は、半導体素子１と金属
細線６と絶縁性テープ４の半導体素子固着面４ａとを覆
うように形成されている。

【０１０６】この第３の実施形態のように、絶縁膜３
は、ランド２ｂ上面の中央部分に対応する部分に開口部
１２を有し、この開口部１２に接着部材５を侵入させる
構成とすることによって、絶縁膜３の体積減少による絶
縁膜３自体の熱変形量を低減させることができ、半導体
装置に温度変化が加わった場合に、導電性配線２の断線
不良を防止することが可能となり、導電性配線の断線を
抑制し、信頼性の高いＢＧＡ型の半導体装置を実現する
ことができるという効果が得られる。

【０１０７】なお、絶縁膜３はエポキシ樹脂、ポリイミ
ド樹脂またはポリブタジエン樹脂などの材料から構成さ
れる。一方、接着部材５には、無機質のガラスなどが充
てんされたエポキシ樹脂あるいはポリイミド樹脂材料な
どが用いられる。通常、接着部材５用の材料の線膨張係
数は、絶縁膜３用の材料より小さくなっているため、接
着部材５の熱変形量は絶縁膜３の熱変形量より小さくな
る。したがって、ランド２ｂ上面の中央部分の開口部１
２に侵入した接着部材５によって絶縁膜３の変形を拘束
することができる。

【０１０８】図１３は、本発明によるボールグリッドア
レイ型半導体装置の第４の実施形態を示す断面図であ
り、図１４は図１３に示した半導体装置の半導体素子
と、絶縁膜と、封止樹脂とを取り除いた状態での平面図
である。

【０１０９】この第４の実施形態による半導体装置の基
本的な構成は、上述した第１の実施形態と同じである
が、第１の実施形態と異なる点は、ダミー配線は形成さ
れていないことと、絶縁性シート４の実装面４ｂ側か
ら、この絶縁性シート４にスリット１３を形成したこと
である。

【０１１０】スリット１３は絶縁性テープ４の実装面４
ｂに、図１４に示すように、半導体素子１の外形４辺に
沿ってロ字型などに形成し、実装面４ｂから半導体素子
１の固着面４ａに貫通しないように形成するのが望まし
い。また、スリット１３は、断線不良が発生するランド
２ｂの直ぐ外側に形成するのが望ましい。

【０１１１】このようなスリット１３を絶縁性テープ４
に形成することによって、半導体装置が冷却された場合
の封止樹脂７の収縮により、絶縁性テープ４に作用する
引張り荷重をスリット１３の変形によって緩和すること
ができる。

【０１１２】これによって、半導体素子１の下面側にお
いて、スリット１３より中央寄りにある絶縁性テープ４
に大きな引張り荷重が作用しなくなり、この部分に配置
されている絶縁膜３の側面下端部に発生する応力を低減
することができる。

【０１１３】つまり、半導体装置に温度変化が加わった
場合に、導電性配線２の断線不良を防止することが可能
となり、導電性配線の断線を抑制し、信頼性の高いＢＧ
Ａ型の半導体装置を実現することができるという効果が
得られる。

【０１１４】図１５は、本発明によるボールグリッドア
レイ型半導体装置の第５の実施形態を示す断面図であ
り、図１６は図１５に示した半導体装置の半導体素子
と、絶縁膜と、封止樹脂と、変形拘束部材とを取り除い
た状態での平面図である。

【０１１５】この第５の実施形態による半導体装置の基
本的な構成は、上述した第１の実施形態と同じである
が、第１の実施形態と異なる点は、ダミー配線は形成さ
れていないことと、絶縁性シート４の半導体素子固着面
４ａに、枠状の変形拘束部材１４を、半導体素子１の外
周部分に形成したことである。

【０１１６】変形拘束部材１４は、銅（Ｃｕ）などの金
属材料から成り、ボンディングパッド２ａより外側の絶
縁性テープ４の半導体素子固着面４ａに図示されていな
い接着剤によって接着される。変形拘束部材１４は、絶
縁性テープ４への接着後、半導体素子１および金属細線
６とともに封止樹脂７によって封止される。

【０１１７】また、変形拘束部材１４は、絶縁性テープ
４より剛性が大きくなるように構成し、厚さ０．１ｍｍ
〜０．２ｍｍ程度の金属板を所定の形状に加工したもの
を使用する。

【０１１８】このような変形拘束部材１４を半導体素子
１の外周部分に設けることによって、半導体装置に温度
変化が加わった際の反り変形量を低減することができ、
冷却時に絶縁性テープ４に生じる引張り荷重を緩和する
ことができる。

【０１１９】これにより、絶縁膜３側面の下端部に発生
する応力を低減することができる。また、はんだなどか
ら形成される外部端子８に発生するひずみのうち、半導
体装置の反り変形に起因するひずみ成分を低減すること
ができる。したがって、導電性配線の断線、および外部
端子の破断を、抑制し、信頼性の高いＢＧＡ型の半導体
装置を実現することができる。

【０１２０】なお、本発明によるボールグリッドアレイ
型半導体装置では、封止樹脂７と絶縁性テープ４の線膨
張係数が同等となるような材料でそれぞれを構成するこ
とが望ましい。

【０１２１】絶縁性テープ４の半導体素子固着面側４ａ
を封止する封止樹脂７の線膨張係数を、絶縁性テープ４
の線膨張係数と同等にすると、半導体装置は熱物性的に
バランスがとれた構造となる。これによって、封止樹脂
７の収縮による半導体装置の反り変形量を低減すること
ができ、絶縁性テープ４に生じる引張り荷重を小さくす
る効果が得られる。

【０１２２】また、はんだバンプなどから形成される外
部端子８に発生するひずみのうち、半導体装置の反り変
形に起因するひずみ成分を低減することができる。

【０１２３】なお、封止樹脂７にはシリカ粒子が充填さ
れるが、このシリカ粒子の充填率を調整することによ
り、封止樹脂７の線膨張係数を、絶縁性テープ４の線膨
張係数と同等にすることができる。

【０１２４】さらに、本発明によるボールグリッドアレ
イ型半導体装置では、絶縁膜３と接着部材５の線膨張係
数が同等となるような材料でそれぞれを構成することが
望ましい。

【０１２５】絶縁膜３と接着部材５の線膨張係数を同等
にすると、半導体装置に温度変化が加わった場合、絶縁
膜３と接着部材５の熱変形量がほぼ同じであるため、絶
縁膜３と接着部材５の界面に剥離が生じなくなる。特
に、絶縁膜側面３ｂに剥離が発生しなくなることによ
り、絶縁膜３の側面下部での応力集中を低減できる効果
が得られる。

【０１２６】なお、接着部材５に無機質のガラス粒子等
を充填し、このガラス粒子の充填率を調整することによ
り、絶縁膜３と接着部材５の線膨張係数を同等とするこ
とができる。

【０１２７】図１７は、本発明によるボールグリッドア
レイ型半導体装置の第６の実施形態を説明するための断
面図である。図１７に示す第６の実施形態の半導体装置
は、導電性配線２が形成された絶縁性テープ４と、接着
部材５によって絶縁性テープ４に固着された半導体素子
１と、半導体素子１と導電性配線２を電気的に接続する
金属細線６と、半導体素子１と金属細線６と絶縁性テー
プ４の表面を覆う封止樹脂７と、外部端子８とを備えて
いる。

【０１２８】絶縁性テープ４の半導体素子固着面４ａに
は、ボンディングパッド２ａと、ランド２ｂと、導電性
配線２とが設けられており、ボンディングパッド２ａを
除く領域は絶縁膜３で覆われている。

【０１２９】絶縁性テープ４の実装面４ｂにはランド２
ｂまで貫通した開口部９が形成されており、ランド２ｂ
には開口部９を介して外部端子８が接合されている。

【０１３０】半導体素子１は、絶縁性テープ４の半導体
素子固着面４ａに接着部材５によって固着されている。
また、半導体素子１の上面には図示されていない電極が
形成されており、この電極と絶縁性テープ４表面のボン
ディングパッド２ａとを金属細線６で接続することによ
って、半導体素子１と導電性配線２とが電気的に接続さ
れている。

【０１３１】封止樹脂７は、半導体素子１と金属細線６
と絶縁性テープの半導体素子固着面４ａとを覆うように
形成されている。

【０１３２】この第６の実施形態では、半導体素子１の
側面から封止樹脂７の側面までの距離ｃを、外部端子８
どうしの間隔ｄ以上とし、半導体素子１の下面内のみな
らず半導体素子１の下面外にも外部端子８を配置できる
ようにする。つまり、半導体素子１の側面から封止樹脂
７の側面までの間であって、半導体装置の実装面側にも
外部端子８を配置する。

【０１３３】このように、半導体素子１の下面外にも外
部端子８を配置することによって、半導体装置を基板に
実装した場合に、半導体素子１の面外に位置する外部端
子８が半導体装置の変形を拘束するようになる。

【０１３４】これによって、半導体素子の面内に位置す
る外部端子に発生するひずみのうち、半導体装置の反り
変形によるひずみ成分が減少するため、外部端子８の破
断を防止することができる。

【０１３５】したがって、導電性配線の断線、および外
部端子の破断を、抑制し、信頼性の高いＢＧＡ型の半導
体装置を実現することができる。

【０１３６】本発明の第７の実施形態としては、上述し
た第１の実施形態において、ダミー配線１０を設けず、
導電性配線２は、絶縁膜３の内部における幅ａが外部の
幅ｂよりも広くなっており、この外部の幅は徐々に狭く
なり、一定値となるように構成するものがある。

【０１３７】すなわち、図５に示す例のランド２ｂか
ら、ダミー配線１０のみ除外した例である。この第７の
実施形態によっても、導電性配線２近傍における絶縁膜
３自体の熱変形量を、導電性配線２の拘束によって低減
する機能を増加させることができ、導電性配線の断線を
抑制し、信頼性の高いＢＧＡ型の半導体装置を実現する
ことができる。

【０１３８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次のような効果がある。ボールグリッドア
レイ型半導体装置に温度変化が加わった際の絶縁膜の変
形量を小さくすることができ、さらに半導体装置の面外
の変形量を低減して絶縁性テープに生じる引張り荷重を
小さくすることができる。これにより、絶縁膜側面の下
端部に発生する応力を低減できるので、絶縁膜から突出
する導電性配線の断線発生を防止することが可能とな
る。

【０１３９】また、半導体装置の変形を低減することに
よって、半導体素子端部に位置する外部端子に発生する
ひずみを低減することができ、外部端子の破断発生を防
止することができる。

【０１４０】したがって、導電性配線の断線、および外
部端子の破断を抑制し、信頼性の高いＢＧＡ型の半導体
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体装置の第１の実施形態の平
面図である。

【図２】図１に示した半導体装置の断面図である。

【図３】図１に示した第１の実施形態の他の態様を示す
断面図である。

【図４】図１に示した第１の実施形態の他の様態を示す
絶縁テープ上部の部材を取り除いた平面図である。

【図５】図１に示した第１の実施形態による半導体装置
の、他の導電性配線形状の例を示す部分平面図である。

【図６】図１に示した第１の実施形態による半導体装置
の、さらに他の導電性配線形状の例を示す部分平面図で
ある。

【図７】本発明による半導体装置の第２の実施形態の平
面図である。

【図８】図７に示した半導体装置の断面図である。

【図９】図７に示した第２の実施形態の他の態様を示す
部分平面図である。

【図１０】図７に示した第２の実施形態のさらに他の様
態を示す部分平面図である。

【図１１】本発明による半導体装置の第３の実施形態の
平面図である。

【図１２】図１１に示した半導体装置の断面図である。

【図１３】本発明による半導体装置の第４の実施形態の
断面図である。

【図１４】図１３に示した半導体装置の平面図である。

【図１５】本発明による半導体装置の第５の実施形態の
断面図である。

【図１６】図１５に示した半導体装置の平面図である。

【図１７】本発明による半導体装置の第６の実施形態の
断面図である。

【図１８】従来のボールグリッドアレイ型半導体装置を
説明するための断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体素子 ２ 導電性配線 ２ａ ボンディングパッド ２ｂ ランド ３ 絶縁膜 ３ａ ボンディングパッド部の絶縁膜開口部 ３ｂ 絶縁膜の側面 ４ 絶縁性テープ ４ａ 絶縁性テープの半導体素子固着面 ４ｂ 絶縁性テープの実装面 ５ 接着部材 ６ 金属細線 ７ 封止樹脂 ８ 外部端子 ９ 絶縁性テープの開口部 １０ ダミー配線 １１ 突起 １２ 絶縁膜の開口部 １３ スリット １４ 変形拘束部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一谷 昌弘 東京都小平市上水本町五丁目20番地１号 株式会社 日立製作所 半導体事業部 内 (72)発明者 田中 直敬 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 平９−121002（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/12

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボールグリッドアレイ型半導体装置におい
   て、 複数のパッド及び複数のランドと、 少なくとも半導体素子の面内で上記複数のランドのそれ
   ぞれを覆うように形成され、互いに分離された複数の絶
   縁膜と、 上記複数のランドのそれぞれから延長されて上記絶縁膜
   から突出する複数の導電性部材を有する絶縁性テープ
   と、 上記絶縁性テープの表面に接着部材によって固着され、
   金属細線によって上記パッドを介して上記導電性部材と
   電気的に接続される方形の半導体素子と、 上記半導体素子の周囲と上記絶縁性テープの半導体素子
   固着面とを封止する封止樹脂と、 上記ランドに接合された外部端子と、 を備えることを特徴とするボールグリッドアレイ型半導
   体装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のボールグリッドアレイ型半
   導体装置において、上記複数のランドのそれぞれから延
   長されて上記絶縁膜から突出する複数の導電性部材のう
   ち、少なくとも１本の導電性部材を上記半導体素子と電
   気的に接続し、他の導電性部材を、少なくとも上記電気
   的に接続される導電性部材を挟む位置に形成することを
   特徴とするボールグリッドアレイ型半導体装置。
3. 【請求項３】請求項２記載のボールグリッドアレイ型半
   導体装置において、１つのランドの中心点から上記電気
   的に接続される導電性部材とを結ぶ直線に対して、上記
   中心点を回転中心として、上記直線の一方の側に９０°
   回転させた領域内に、少なくとも１本の他の導電性部材
   を形成し、上記直線の他方の側に９０°回転させた領域
   内に、少なくとも１本の他の導電性部材を形成すること
   を特徴とするボールグリッドアレイ型半導体装置。
4. 【請求項４】請求項１又は２記載のボールグリッドアレ
   イ型半導体装置において、上記絶縁膜から突出する上記
   導電性部材の絶縁膜内部における幅を、絶縁膜外部の幅
   より広くしたことを特徴とするボールグリッドアレイ型
   半導体装置。
5. 【請求項５】複数のパッド及び複数のランドと、少なく
   とも半導体素子の面内で上記複数のランドを覆う絶縁膜
   と、上記パッド及びランドに接続される導電性配線を有
   する絶縁性テープと、上記絶縁性テープの表面に接着部
   材によって固着され、金属細線によって上記導電性配線
   と電気的に接続される方形の半導体素子と、上記半導体
   素子の周囲と上記絶縁性テープの半導体素子固着面とを
   封止する封止樹脂と、上記ランドに接合された外部端子
   とを有するボールグリッドアレイ型半導体装置におい
   て、 上記絶縁膜は、互いに分離された複数の絶縁膜であっ
   て、それぞれの絶縁膜は、個々の上記ランドを覆うよう
   に形成されるとともに、上記ランドに上記絶縁膜から突
   出する突起が形成されることを特徴とするボールグリッ
   ドアレイ型半導体装置。
6. 【請求項６】請求項５載のボールグリッドアレイ型半導
   体装置において、上記ランドに形成する突起は複数であ
   り、少なくとも上記導電性配線を挟む位置に形成したこ
   とを特徴とするボールグリッドアレイ型半導体装置。
7. 【請求項７】請求項６記載のボールグリッドアレイ型半
   導体装置において、１つのランドの中心点から上記導電
   性配線とを結ぶ直線に対して、上記中心点を回転中心と
   して、上記直線の一方の側に９０°回転させた領域内
   に、少なくとも１つの上記突起を形成し、上記直線の他
   方の側に９０°回転させた領域内に、少なくとも１つの
   上記突起を形成することを特徴とするボールグリッドア
   レイ型半導体装置。
8. 【請求項８】請求項５、６又は７記載のボールグリッド
   アレイ型半導体装置において、上記ランドに接続される
   導電性配線の絶縁膜内部における幅を、絶縁膜外部の幅
   より広くしたことを特徴とするボールグリッドアレイ型
   半導体装置。
9. 【請求項９】複数のパッド及び複数のランドと、少なく
   とも半導体素子の面内で上記複数のランドを覆う絶縁膜
   と、上記パッド及びランドに接続される導電性配線を有
   する絶縁性テープと、上記絶縁性テープの表面に接着部
   材によって固着され、金属細線によって上記導電性配線
   と電気的に接続される方形の半導体素子と、上記半導体
   素子の周囲と上記絶縁性テープの半導体素子固着面とを
   封止する封止樹脂と、上記ランドに接合された外部端子
   とを有するボールグリッドアレイ型半導体装置におい
   て、 上記絶縁膜は、互いに分離された複数の絶縁膜であっ
   て、それぞれの絶縁膜は、個々の上記ランドを覆うよう
   に形成されるとともに、上記ランドに接続される導電性
   配線は、絶縁膜内部における幅を、絶縁膜外部の幅より
   広いことを特徴とするボールグリッドアレイ型半導体装
   置。