JP3677152B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板に半導体チップをフリップチップ接続し、両者の間隙に封止樹脂部材を充填するようにした半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のフリップチップ接続によって構成された半導体装置を、図9および図10を参照して説明する。図9は半導体チップと回路基板との間隙に封止樹脂部材を充填する前の状態を示す断面図であり、図10は半導体チップと回路基板との間隙に封止樹脂部材を充填した状態を示す断面図である。
【0003】
図9および図10において、半導体シリコンにより形成されたベア状態の半導体チップ1(ベア・チップ)は5mm角〜20mm角の方形状をなし、その素子形成面に電極パッド2が設けられており、電極パッド2には半田バンプ3が固着されている。また、4は半導体チップ1よりも全周で約1mm大きく形成してディスペンススペース5を設けた回路基板で、例えばセラミックや樹脂基板で形成されており、その一主面に接続パッド6が設けられている。なお、7は回路基板4の他主面に設けられた外部接続用端子、8は接続パッド6と外部接続用端子7を回路基板4を貫通して接続するスルーホール配線である。そして、半導体チップ1は、回路基板4の接続パッド6上に対応する半田バンプ3を載せた後に、リフローで溶融させるなどして半田付けすることによりフェースダウン形に回路基板4の一主面に搭載される。
【0004】
また、9はディスペンス装置の送出し部で、その送出し部9の内部には封止樹脂部材10が収納されている。封止樹脂部材10はエポキシ系樹脂材料に、含有素材として例えばシリカ、あるいはアルミナで形成された球形、あるいは破砕形のフィラーを含有させたもので、送出し部9の流出口11から所定の場所に送り出されるようになっている。そして、ディスペンス装置の送出し部9から半導体チップ1と回路基板4の間隙12に、図10に示すように封止樹脂部材10が充填される。この間隙12への封止樹脂部材10の充填は、半導体チップ1をフェースダウン形に搭載した回路基板4を例えば60℃〜70℃とした状態で、回路基板4の外周縁部分に設けられたディスペンススペース5に、ディスペンス装置の流出口11から封止樹脂部材10を送り出す。送り出された封止樹脂部材10は、回路基板4のディスペンススペース5に一旦溜められるようにしてから半導体チップ1と回路基板4の間隙12に流れ込み、間隙12が加温状態になっているのでここで粘度が下げられ、毛細管現象により間隙12全体に流れ充填される。そして封止樹脂部材10が充填された状態では、回路基板4の外周縁部分のディスペンススペース5と半導体チップ1の外周端面に封止樹脂部材10によるフィレット13が形成される。
【0005】
しかしながら上記の従来技術においては、パッケージ信頼性試験で過酷なヒートサイクルを長期にわたり加えた時にフィレット13自身に一部疲労破壊が起きる虞があった。このため、こうした疲労破壊の虞を少なくすることが非常に必要なこととなっていた。また、半導体装置の小形化、高集積化の観点から半導体チップ1は小さくなるものの、回路基板4にはディスペンススペース5を設けなければならず、半導体チップ1を回路基板4に搭載したパッケージの状態では小形化が十分に進まず、実装基板への実装の際のスペース利用効率が低いものとなっていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは半導体チップと回路基板の間隙に充填された封止樹脂部材が、パッケージ信頼性試験でヒートサイクルを加えた場合においても疲労破壊する虞が少なく、また半導体チップを搭載する回路基板を小さくするようにして実装時のスペース利用効率を高くするようにした半導体装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、回路基板と半導体チップとをフリップチップ接続すると共に、回路基板と半導体チップとの間隙に封止樹脂部材を充填し、硬化させるようにしてなる半導体装置において、回路基板は、間隙に臨む少なくとも1稜に面取り加工が施されていることを特徴とするものであり、
さらに、回路基板と半導体チップとが同形の方形状であることを特徴とするものであり、
さらに、回路基板が、封止樹脂部材によって半導体チップの外周端面に樹脂被膜が形成されると共に該封止樹脂部材により大きなフィレットが形成されない範囲で半導体チップよりも大きい形状であることを特徴とするものであり、
さらに、面取り加工された辺の両端に、それぞれ封止樹脂部材の流れ出しを防止する流出防止壁が設けられていることを特徴とするものであり、
さらに、回路基板は、原基板に該回路基板の大きさで分割するためのV溝を削設し、該V溝によるチョコレートブレークによって個々に分割形成したものであることを特徴とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0009】
先ず、第1の実施形態を図1乃至図3により説明する。図1は斜視図であり、図2は半導体チップと回路基板との間隙に封止樹脂部材を充填する前の状態を示す断面図であり、図3は半導体チップと回路基板との間隙に封止樹脂部材を充填した状態を示す断面図である。
【0010】
図1乃至図3において、半導体装置21は、半導体シリコンを基板に用いて形成されたベア状態の5mm角〜20mm角の方形状の半導体チップ22(ベア・チップ)を、この半導体チップ22と同じ大きさで窒化アルミニウム(AlN)基板やアルミナ(Al2 O3 )基板、ガラエポ(ガラスフィラー入りエポキシ樹脂)等を用いた合成樹脂基板などによって形成された方形状の回路基板23の一主面24に、半田バンプ25を間に設けるようにしてフェースダウン形に搭載して構成される。また回路基板23は、半導体チップ22に対向する一つの稜部分に研削による面取り加工によってディスペンス面26が形成されている。そして半導体チップ22と回路基板23との間の間隙27は、エポキシ系樹脂材料に含有素材として、例えばシリカ、あるいはアルミナで形成された球形、あるいは破砕形のフィラーを含有させてなる封止樹脂部材28を充填、硬化することによって封止されている。
【0011】
また、半導体チップ22の回路基板23への搭載は、半導体チップ22の素子形成面29に設けられた電極パッド30に半田バンプ25を固着し、この半田バンプ25を回路基板23の一主面24に設けられた接続パッド31の対応するものに載せた後、リフローで溶融させるなどして半田付けすることにより行われている。なお、32は回路基板23の他主面33に設けられた外部接続用端子、34は接続パッド31と外部接続用端子32を回路基板23を貫通して接続するスルーホール配線である。
【0012】
また、上記のように構成された半導体装置21は、下記の工程を経て形成される。すなわち、第1の製造工程において、半導体チップ22の素子形成面29の電極パッド30に、半田バンプ25を形成する。
【0013】
次に、第2の製造工程において、回路基板23の接続パッド31上にフラックスを塗布した後、図示しないが真空吸着機構によって半田バンプ25が形成された半導体チップ22を吸着保持し、続いて半田バンプ25が対応する接続パッド31上面に当接するように回路基板23の直上に半導体チップ22を載せる。
【0014】
次に、第3の製造工程において、図示しないリフロー装置に前工程で半導体チップ22が所定位置に載せられた回路基板23をセットし、半田バンプ25を加熱溶融し固化させて、半田バンプ25を接続パッド31に接続する。これにより半導体チップ22と回路基板23の間隙27は所定離間寸法となる。
【0015】
次に、第4の製造工程において、回路基板23と半導体チップ22とを、例えば60℃〜70℃に保持した状態で、両者の間隙27にディスペンス装置の送出し部35から収納する封止樹脂部材28が、半導体チップ22と回路基板23の間隙27に充填される。この間隙27への封止樹脂部材28の充填は、回路基板23の一主面24側の一稜部分を面取り加工してなるディスペンス面26に、ディスペンス装置の送出し部35先端の流出口36から封止樹脂部材28を、稜方向に流出口36を移動させながら送り出すことによって行われる。この時、流出口36から送り出された封止樹脂部材28は、半導体チップ22の素子形成面29と回路基板23のディスペンス面26との間に形成されたディスペンススペース37に、一旦溜められるようにしてから半導体チップ22と回路基板23の間隙27に流れ込み、間隙27が加温状態になっているのでここで粘度が下げられ、毛細管現象により間隙27全体に流れ充填される。
【0016】
次に、第5の製造工程において、半導体チップ22を搭載し、間隙27に封止樹脂部材28が充填された回路基板23を、例えば150℃に加熱された図示しないオーブンに1時間入れてキュアし、封止樹脂部材28のエポキシ系樹脂材料を硬化して樹脂封止を行う。
【0017】
以上のように半導体チップ22と回路基板23とが同形に形成された構成となっているので、半導体チップ22と回路基板23との間の間隙27に充填された封止樹脂部材28は、その外側端面部分にフィレットを形成することがない。このため、パッケージ信頼性試験で過酷なヒートサイクルを長期にわたり加えた場合でも、フィレットの一部疲労破壊が発生するような虞がなく、疲労破壊が生じることによる信頼性の低下がなくなり、半導体装置21の信頼性は著しく向上したものとなる。また、半導体チップ22は同形状の回路基板23の直上に搭載されており、パッケージされた状態の半導体装置21は半導体チップ22と同じ平面形状となって、実装基板上に実装する際、実装に要する面積が小さなものとなり、スペース利用効率が高いものとなる。
【0018】
次に、第2の実施形態を図4乃至図6により説明する。なお、第1の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第1の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。図4は斜視図であり、図5は回路基板の加工過程を説明すための要部の斜視図であり、図6は原基板の要部を示す斜視図である。
【0019】
図4乃至図6において、38は回路基板で、これは半導体チップ22と同じ大きさの方形状で、窒化アルミニウム(AlN)基板やアルミナ(Al2 O3 )基板、ガラエポ(ガラスフィラー入りエポキシ樹脂)等を用いた合成樹脂基板などによって形成されており、こうした回路基板38の一主面の直上に、図示しないが半田バンプを間に設けるようにして半導体チップ22をフェースダウン形に搭載することにより半導体装置39が構成される。また回路基板38は、半導体チップ22に対向する側の4つの稜部分全部に、研削による面取り加工によってディスペンス面26が形成されている。そして、同じく図示しないがディスペンス装置の送出し部から半導体チップ22と回路基板38との間の間隙27に、エポキシ系樹脂材料に含有素材を含有させてなる封止樹脂部材28を充填、硬化することにより封止がなされている。
【0020】
この間隙27への封止樹脂部材28の充填は、回路基板38の一主面側の4つの稜部分を面取り加工してなるディスペンス面26に、ディスペンス装置の送出し部先端の流出口から稜方向に移動させながら封止樹脂部材28を送り出すことによって行われる。この時、第1の実施形態におけると同様に流出口から送り出された封止樹脂部材28は、半導体チップ22の回路基板38に対向する素子形成面と、回路基板38のディスペンス面26との間に形成されたディスペンススペース37に一旦溜められる。そして、封止樹脂部材28は半導体チップ22と回路基板38の間隙27に流れ込み、加温され粘度が下げられた状態で毛細管現象により間隙27全体に流れ充填される。
【0021】
また、上記の4つの稜部分に面取りによるディスペンス面26を有する回路基板38のうち、セラミック製の回路基板についての回路基板形成は、次のようにして行われている。すなわち、先ず原基板40に所定間隔で溝研削装置の実線矢印R方向に回転する回転ブレード41によって升目状にV溝42を削設する。続いてV溝42が形成された原基板40を、薄肉となっているV溝42の溝底部分に応力を集中させるようにしてチョコレートブレークを行う。これを全V溝42部分に対して行うことで原基板40は所定の大きさの回路基板38に分割される。
【0022】
そして本実施形態は、以上のように構成されているので上記の第1の実施形態と同様の作用、効果が得られると共に、回路基板38の形成が原基板40をチョコレートブレークする等の簡単な工程によって行える。
【0023】
次に、第3の実施形態を図7により説明する。なお、第1の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第1の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。図7は斜視図で、図7(a)は半導体装置の斜視図、図7(b)は回路基板の要部の斜視図である。
【0024】
図7において、43は回路基板で、これは半導体チップ22と同じ大きさの方形状で、窒化アルミニウム(AlN)基板やアルミナ(Al2 O3 )基板、ガラエポ(ガラスフィラー入りエポキシ樹脂)等を用いた合成樹脂基板などによって形成されており、こうした回路基板43の一主面の直上に、図示しないが半田バンプを間に設けるようにして半導体チップ22をフェースダウン形に搭載することにより半導体装置44が構成される。また回路基板43は、半導体チップ22に対向する側の1つの稜部分に、研削加工により面取りされてディスペンス面45が形成されていると共に、同時にディスペンス面45の両端部に流出防止壁46が形成されている。そして、同じく図示しないがディスペンス装置の送出し部から半導体チップ22と回路基板43との間の間隙27に、エポキシ系樹脂材料に含有素材を含有させてなる封止樹脂部材28を充填、硬化することにより封止がなされている。
【0025】
この間隙27への封止樹脂部材28の充填は、回路基板38の一主面側の4つの稜部分を面取り加工してなるディスペンス面45に、ディスペンス装置の送出し部先端の流出口から稜方向に移動させながら封止樹脂部材28を送り出すことによって行われる。この時、第1の実施形態におけると同様に流出口から送り出された封止樹脂部材28は、半導体チップ22の回路基板43に対向する素子形成面と回路基板43のディスペンス面45、さらに両端が流出防止壁46により規制されたディスペンススペース47に一旦溜められる。そして、封止樹脂部材28は半導体チップ22と回路基板43の間隙27に流れ込み、加温され粘度が下げられた状態で毛細管現象により間隙27全体に流れ充填される。
【0026】
以上のように構成されているので、ディスペンススペース47に送り出された封止樹脂部材28は、流出防止壁46の両端部分で横方向に漏れ出るのが防止されることになり、上記の第1の実施形態と同様の作用、効果が得られると共に、ディスペンス装置の送出し部から漏れ出しを心配せずに多量に送り出すことができ、封止樹脂部材28の充填工程を効率よく行うことができる。
【0027】
次に、第4の実施形態を図8により説明する。なお、第1の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第1の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。図8は要部の断面図である。
【0028】
図8において、48は回路基板で、これは半導体チップ22より若干大きい方形状のもので、窒化アルミニウム(AlN)基板やアルミナ(Al2 O3 )基板、ガラエポ(ガラスフィラー入りエポキシ樹脂)等を用いた合成樹脂基板などによって形成されており、回路基板48の一主面24上に、図示しないが半田バンプを間に設けるようにして半導体チップ22をフェースダウン形に搭載することにより半導体装置49が構成される。また回路基板48は、半導体チップ22に対向する側の4つの稜部分全部に、研削による面取り加工によってディスペンス面26が形成されている。そして、同じく図示しないがディスペンス装置の送出し部から半導体チップ22と回路基板48との間の間隙27に、エポキシ系樹脂材料に含有素材を含有させてなる封止樹脂部材28を充填、硬化することにより封止がなされている。
【0029】
この間隙27への封止樹脂部材28の充填は、回路基板48の一主面24側のディスペンス面26に、ディスペンス装置の送出し部先端の流出口から稜方向に移動させながら封止樹脂部材28を送り出すことによって行われる。この時、第1の実施形態におけると同様に流出口から送り出された封止樹脂部材28は、半導体チップ22の回路基板48に対向する素子形成面29と、回路基板48のディスペンス面26との間に形成されたディスペンススペース50に一旦溜められる。そして、封止樹脂部材28は半導体チップ22と回路基板48の間隙27に流れ込み、加温され粘度が下げられた状態で毛細管現象により間隙27全体に流れ充填される。この際、封止樹脂部材28は半導体チップ22の側端面51を覆うものとなって、曲率の小さい小フィレット52が形成され、側端面51は同時に封止樹脂部材28により封止される。
【0030】
以上のように、ディスペンススペース50に送り出された封止樹脂部材28は、回路基板48が半導体チップ22よりも若干大きなものとなるように形成されているので、ディスペンス面26の上方のディスペンススペース50を満たし、さらに半導体チップ22の側端面51を覆うものとなる。そして、半導体チップ22の側端面51を覆うまで封止樹脂部材28がディスペンススペース50に送り出されていても、回路基板48の大きさが、従来必要としたような半導体チップよりも回路基板を大きくはみ出させディスペンス部を形成した場合よりも小さくはみ出すだけの大きさとなっているので(例えば、従来の回路基板の大きさを1としたとき、本実施形態の回路基板48は0.8〜0.9で、半導体チップ22よりも若干大きい)、ディスペンス面26上には封止樹脂部材28によって大きなフィレットは形成されず、形成されたものが小フィレット52であるので、パッケージ信頼性試験で過酷なヒートサイクルを長期にわたり加えた時でも疲労破壊が起きる虞が非常に少ない。
【0031】
このように、パッケージ信頼性試験で小フィレット52に一部疲労破壊が発生する虞が少ないことから半導体装置の信頼性は向上したものとなる。また、フィレットの一部疲労破壊が発生するような虞がなく、疲労破壊が生じることによる信頼性の低下がなくなり、半導体装置49の信頼性は著しく向上したものとなる。また、半導体チップ22を、これよりも若干大きい形状の回路基板48の直上に搭載するものであるので、パッケージされた状態の半導体装置49は半導体チップ22と略同じ大きさとなり、実装基板上に実装する際、実装に要する面積が小さなものとなり、スペース利用効率が高いものとなる。そして半導体チップ22の側端面51が封止樹脂部材28により封止されるので、実装基板上に実装する際に隣接する素子等との間の電気絶縁性能を向上したものとすることができる。
【0032】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば半導体チップと回路基板の間隙に充填した封止樹脂部材がヒートサイクルを加えた場合においても疲労破壊してしまうような虞が少なく、また半導体チップを搭載する回路基板がより小さくできて実装時のスペース利用効率が高くなる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施形態における半導体チップと回路基板との間隙に封止樹脂部材を充填する前の状態を示す断面図である。
【図3】本発明の第1の実施形態における半導体チップと回路基板との間隙に封止樹脂部材を充填した状態を示す断面図である。
【図4】本発明の第2の実施形態を示す斜視図である。
【図5】本発明の第2の実施形態における回路基板の加工過程を説明すための要部の斜視図である。
【図6】本発明の第2の実施形態に係る原基板の要部を示す斜視図である。
【図7】本発明の第3の実施形態の斜視図で、図7(a)は半導体装置の斜視図、図7(b)は回路基板の要部の斜視図である。
【図8】本発明の第4の実施形態における要部の断面図である。
【図9】従来例における半導体チップと回路基板との間隙に封止樹脂部材を充填する前の状態を示す断面図である。
【図10】従来例における半導体チップと回路基板との間隙に封止樹脂部材を充填した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
22…半導体チップ
23,38,43,48…回路基板
26,45…ディスペンス面
27…間隙
28…封止樹脂部材
37,47,50…ディスペンススペース
40…原基板
42…V溝
46…流出防止壁
51…側端面
52…小フィレット
Claims (5)
- 回路基板と半導体チップとをフリップチップ接続すると共に、前記回路基板と前記半導体チップとの間隙に封止樹脂部材を充填し、硬化させるようにしてなる半導体装置において、前記回路基板は、前記間隙に臨む少なくとも1稜に面取り加工が施されていることを特徴とする半導体装置。
- 回路基板と半導体チップとが同形の方形状であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 回路基板が、封止樹脂部材によって半導体チップの外周端面に樹脂被膜が形成されると共に該封止樹脂部材により大きなフィレットが形成されない範囲で前記半導体チップよりも大きい形状であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 面取り加工された辺の両端に、それぞれ封止樹脂部材の流れ出しを防止する流出防止壁が設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体装置。
- 回路基板は、原基板に該回路基板の大きさで分割するためのV溝を削設し、該V溝によるチョコレートブレークによって個々に分割形成したものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
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