JP3689696B2 - チップパッケージの製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチップパッケージに関するもので、とりわけ集積回路素子のように一面に複数個の端子を設けたチップ型電子素子を含んだ小型化されたパッケージ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体素子はパッケージを成して印刷回路基板上に実装される。こうしたパッケージは、半導体素子の端子を印刷回路基板の信号パターンに容易に連結させ得る構造から成っており、外部の影響から素子を保護して信頼性を確保する役目を果たす。
【０００３】
こうした半導体素子パッケージは製品の小型化の流れに伴い漸次小型化されつつある。かかる小型化の代表的なパッケージ方式として、チップスケールパッケージ(chip scale package)が挙げられる。図５は従来のチップスケールパッケージの構造を示す概略断面図である。図５に示すパッケージ構造はセラミック基板を用いた方式として、三つの端子を設けたトランジスタパッケージの一形態である。
【０００４】
図５によると、セラミック基板２０１には二つのバイアホール２０２ａ、２０２ｂが形成される。前記バイアホール２０２ａ、２０２ｂの内部は基板２０１の上下面が相互に電気的に連結されるよう所定の導電性物質が充填され、前記二つのバイアホール２０２ａ、２０２ｂの上部には第１及び第２上部導電性ランド２０３ａ、２０３ｂが形成され、その下部には各々第１及び第２下部導電性ランド２０４ａ、２０４ｂが形成されている。さらに、前記第２上部導電性ランド２０４ｂはチップ２０５の実装面に形成された一側端子と連結され、前記第１上部導電性ランド２０４ａはチップの上部端子と一端が連結されたワイヤ２０７に連結される。このようにチップ２０５が実装されたセラミック基板２０１は、その上面に外部の影響からチップを保護すべく通常の樹脂でモールディング部２０９を形成したパッケージ２１０に完成される。
【０００５】
こうして完成されたチップパッケージ２１０は図６のように、リフローはんだ付け方式により印刷回路基板２２０に実装される。前記チップパッケージ２１０は、その下面に形成された第１及び第２下部導電性ランド２０４ａ、２０４ｂを信号パターンの所望の位置に配置してから各々はんだ付け２１５を形成する方法で前記印刷回路基板２２０に実装される。
【０００６】
図５及び図６において説明したとおり、一般にチップはウェーハ上面に端子が各々形成されるので、ワイヤによる連結を要する。しかし、かかるワイヤはチップの上部空間をかなり占める。したがって、全体のパッケージ高が高くなってしまう問題がある。さらに、セラミック基板にチップ端子連結のため少なくとも三つのバイアホールを形成しなくてはならないので、該バイアホールの直径に応じた基板面積を要するばかりでなく、該バイアホールの上下面に形成される導電性ランドが互いに短絡しないよう最小限の間隔を保たねばならない。こうした条件を満たす程の充分な面積を有するよう基板を製造しなくてはならない。結局、かかる要件は全体としてのパッケージ寸法を小型化するのに大きな制約となる。
【０００７】
また、こうしたチップ素子は上下面に二つの端子が形成された例に過ぎないが、一面に複数個の端子が形成されたＩＣチップ素子の場合は、ワイヤボンディングにより各端子を連結する工程を付加するか、さもなくばそれに適したリードフレームが必要となる。結局、ＩＣチップのような素子の場合には、パッケージの小型化が端子の数だけ困難になるばかりか製造工程が複雑になる問題がある。
【０００８】
さらに、パッケージに用いる基板は比較的高価のＬＦ、ＰＣＢ、セラミック基板なので製造コストが高く、従来のパッケージ製造工程はチップを基板に付着するダイボンディング(die bonding)工程ばかりでなく、ワイヤボンディング及びモールディング工程を伴うので製造工程が複雑であるという問題を抱えていた。したがって、当技術分野においては、かかる制約を解消させてより小型化が可能でありながらも製造工程が容易である新たなパッケージ構造が要求されてきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記諸問題を解決するために案出されたもので、その目的は、一面に複数個の端子が形成されたチップ素子をパッケージングするにあたって、端子領域を除くチップ素子の上面に絶縁層と、前記絶縁層上に前記各端子に連結された導電層とを形成し、印刷回路基板の連結パッドに連結するための電極面を形成することにより、パッケージをより小型化できるばかりでなく、その製造工程が簡素でありながらもチップの信頼性を保障できる新たな構造のパッケージを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、新たなチップパッケージの構造に応じた新たな実装方式を有するチップパッケージアセンブリーを提供することにある。本発明の更に他の目的は、新たな構造から成るチップパッケージの製造方法を提供することにもある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を成し遂げるべく本発明は、一面に複数個の端子が設けられたチップ素子と、前記複数個の端子領域を除く前記一面に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されて前記複数個の端子に各々連結され、所定の間隔で電気的に分離された複数個の導電層と、前記複数個の導電層上面に形成された電極面とを含んだチップパッケージを提供する。
【００１２】
また、本発明においては、一面に複数個の端子が設けられたチップ素子と前記複数個の端子領域を除く前記一面に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されて前記複数個の端子に各々連結され、所定の間隔で電気的に分離された複数個の導電層と、前記複数個の導電層上面に形成された電極面とを含んだチップパッケージ、及び前記複数個の電極面に各々連結されるための複数個の連結パッドと前記連結パッドに各々連結された所定の回路パターンが形成された印刷回路基板を含むチップパッケージアセンブリーを提供する。
【００１３】
さらに、本発明は新たなチップパッケージの製造方法を提供する。前記方法は一面に複数個の端子が設けられた複数個のチップ素子が形成されたウェーハを用意する段階と、前記複数個の端子が形成された領域を除く前記ウェーハの一面に絶縁層を形成する段階と、前記複数個の端子に連結されるよう前記絶縁層上に導電層を形成する段階と、前記導電層上面に電極面を塗布する段階と、上面に前記電極面が形成された前記導電層を各々一つの端子に連結されるよう複数個の導電層に分離する段階と、前記ウェーハをチップパッケージ単位でダイシングする段階とを含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明を好ましき実施の形態からより詳しく説明する。図１（Ａ）及び１（Ｂ）は本発明の好ましき実施の形態によるチップパッケージを示す斜視図及び断面図である。図１（Ａ）は、一面に四つの端子が設けられたチップ素子３５のためのチップパッケージ３０を示す。 前記チップパッケージ３０は、前記チップ素子３５の上面に形成された絶縁層３７と、該絶縁層３７の上面に形成されて各端子と連結された導電層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、及び前記導電層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの上面に形成された電極面３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを含む。図１（Ａ）には示していないが、前記チップ素子３５は上面に四つの端子が形成された場合であり、本発明は端子の数により限定されるものではない。かかるチップ素子は、一面に多数個の端子が形成された通常の集積回路素子であり得る。
【００１５】
本発明のチップパッケージの構造は図１（Ｂ）の断面図に基づいた説明でより明らかに理解されることであろう。上記図１（Ｂ）は前記図１（Ａ）のＡ−Ａ線による断面図であり、後述の端子Ａ〜Ｄに導電層が形成された個所の断面図である。図１（Ａ）と共に図１（Ｂ）によると、チップ素子３５は上面に形成された端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを含み、前記チップ素子３５の上面にその端子領域を除いて絶縁層３７が形成される。一般に前記端子領域は、図１（Ｂ）に示すように、保護膜から成る窓層３６を通してその開口部に金属物質を蒸着して形成されるので、前記絶縁層３７の形成位置は窓層３６の上面に限られることもあろう。
【００１６】
さらに、前記チップパッケージ３０は前記絶縁層３７上に形成された導電層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ３１ｄを含む。前記導電層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、チップ素子３５の上面に設けられた端子に各々連結されて互いに所定の間隔で分離されている。かかる導電層３１ａ、３１ｂ。３１ｃ、３１ｄは好ましくは銅などの金属物質から成る。前記導電層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに連結されるよう形成すべくメッキ工程により絶縁層３７の空間を充填することが好ましいが、一定の層厚さに形成すべく、電解メッキ法により薄いメッキ層を形成した後、該メッキ層上に、少なくとも一つの銅箔を積層する仕方がより好ましい。
【００１７】
さらに、前記各導電層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの上面には電極面３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄが形成される。前記電極面３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄは所定の印刷回路基板の連結パッドと電気的且つ機械的に連結すべく設けられたもので、はんだ付け工程に適しながら伝導性に優れた金Ａｕから形成することが好ましい。
【００１８】
このように電極面３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄが形成されたチップパッケージの上面は印刷回路基板に接する実装面となり、前記チップパッケージ３０は該実装面が下方になるよう１８０°回転させた状態で印刷回路基板上に搭載される。
【００１９】
さらに、導電層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは露出された外部面、つまり側面(場合によっては電極面の形成されていない導電層上面の一部)から起きる自然酸化により酸化膜を形成することができる。かかる酸化膜は導電層の信頼性を保障する保護膜の役目を果たすことが期待されるが、チップパッケージの使用環境によっては素子の信頼性に至大な影響を及ぼす深刻な酸化現象を引き起こし兼ねないので、これを防ぎ安定的な素子の信頼性を確保すべく、前記導電層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄには電極面３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄが形成された面を除いて保護層３９を形成することができる。かかる保護層３９は絶縁性樹脂を塗布して形成された絶縁性被膜から形成することが好ましく、必要に応じて外部に露出したチップ素子３５の側面にも形成することができる。
【００２０】
図２は、本発明によるチップパッケージ４０と印刷回路基板５１とを含んだチップパッケージアセンブリー５０の一形態である。図２によると、前記チップパッケージアセンブリー５０はチップパッケージ４０と該チップパッケージが実装された印刷回路基板５１とで成る。前記チップパッケージ４０においては、図１（Ａ）及び１（Ｂ）に示す構造のように、チップ素子４５は、その上面（図中下面）に絶縁層４７と、該絶縁層上に形成され各端子に連結された四つの導電層４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、図示無き一つ（４３ｄ）とを形成し、前記四つの導電層４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、図示無き一つ（４１ｄ）の上面に電極面が設けられている。
【００２１】
前記チップパッケージ４０は、四つの電極面４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、図示無き一つ（４３ｄ）を印刷回路基板５１の四つの連結パッド５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、図示無き一つ（５３ｄ）上に各々配置して、はんだ付けを施すことによりチップパッケージアセンブリー５０を完成することができる。本発明のチップパッケージアセンブリー５０において、印刷回路基板に形成された所定の回路パターンは、各電極面４３ａ、４３ｂ、４３ｃが形成された導電層４１ａ、４１ｂ、４１ｃを介してチップ素子４５の端子に各々電気的に連結される。
【００２２】
さらに、本発明は新たな構造のチップパッケージを製造する方法も提供する。図３（Ａ）ないし４（Ｃ）は本発明の好ましき実施の形態によるチップパッケージの製造方法を説明するための工程斜視図である。
【００２３】
先ず、図３（Ａ）のように、上面に複数個の端子を設けた複数個のチップ素子(各チップ素子単位は点線により区分表示)が形成されたウェーハ１０１を用意し、端子１１１が形成された領域を除くウェーハ上面に絶縁層１１７を形成する。前記各チップ素子は上述の実施の形態におけるように、上面に四つの端子が設けられており、前記ウェーハ１０１はその行と列に沿って複数個のチップ素子が配列された直方形の構造で示されているが、当業者であれば図３（Ａ）に示すウェーハが所定の口径から成る通常のウェーハであることを了解するであろう。
【００２４】
次いで、図３（Ｂ）のように、前記絶縁層１１７の上面に各々導電層１２１を形成する。この際、導電層１２１は絶縁層の形成されていない部分に露出された四つの端子に連結されるよう形成しなければならない。従って、メッキ法により導電層を形成することが好ましいが、先に説明したとおり、先ず絶縁層１１７の形成されていない部分がしっかり充填されるようメッキ層を形成してから、少なくとも一つの銅箔を積層して形成することが最も好ましい。かかる導電層１２１は銅から成ることができる。
【００２５】
続いて、図３（Ｃ）のように、前記導電層１２１の上面に電極面１２３を形成する。前記電極面１２３は比較的薄い層から形成し、金のようにはんだ付け工程に適した金属から成ることができる。こうした電極面１２３は電解メッキ方法により容易に形成することができる。電極面１２３を形成した後に、Ｘ１-Ｘ１'、Ｘ２-Ｘ２'、Ｙ１-Ｙ１'及びＹ２-Ｙ２'の線に沿って電極面１２３の形成された導電層１２１を分離する。
【００２６】
その結果、図４（Ａ）のように、前記電極面１２３が形成された導電層１２１は各々一つの端子に連結された導電層１２１'部分に分離される。このように分離された導電層１２１'は各々一つの端子に対応する端子部の役目を果たす。かかる導電層１２１'の分離工程は切削深さを調整したダイシング工程を用いて容易に具現でき、切削深さは導電層の厚さ以上でありながら、チップ素子に至らない深さに調節する。この際、導電層１２１の下段の絶縁層１１７は前記分離工程においてチップ素子を保護する役目を果たす。
【００２７】
次いで、図４（Ａ）のＡ-Ａ'及びＢ-Ｂ'線に沿って前記ウェーハ１０１をチップパッケージ単位でダイシングする工程を行う。図４（Ｂ）に示すチップパッケージ１３０の構造が得られる。当業者には自明なように、チップパッケージ単位に分離するダイシング工程は切削深さのみ調節することにより前記導電層を分離する工程と同時に行える。
【００２８】
一方、図４（Ｃ）のように、電極面１２３'の形成されていない導電層１２１'の外部面に保護層１３９をさらに形成することもできる。かかる保護層１３９は前記導電層１２１'に絶縁性樹脂を塗布して形成された絶縁性被膜から成り、前記導電層１２１'の酸化を防ぎパッケージの信頼性をより安定的に保障することができる。かかる保護層１３９はチップパッケージの使用環境などにより省くこともできる。
【００２９】
このように、本発明の特徴は、複数個の端子が形成された一面に対する工程により小型化した構造から成るチップパッケージを提供することにある。多様な形態への改造及び変形が可能である。つまり、本明細書においては一面に四つの端子を設けたチップ素子を例に挙げたが、端子が一面に設けられたチップ素子であれば端子の数や配列構造が異なるとしても、当業者は本発明の請求の範囲に記載された範囲において様々な形態に変更し容易に実施できよう。
【００３０】
【発明の効果】
上述のとおり、本発明によるチップパッケージでは、全体としてのパッケージ寸法を画期的に小型化できるばかりでなく、バイアホール形成工程やワイヤ工程などを省け、その製造工程が簡素でありながらもチップの信頼性を保障することのできる新たな構造のチップパッケージ及びこれを含んだチップパッケージアセンブリーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の一実施の形態によるチップパッケージを示す斜視図及び断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるチップパッケージ実装を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）ないし（Ｃ）は本発明の好ましき実施の形態によるチップパッケージの製造方法を示す工程別断面図である。
【図４】（Ａ）ないし（Ｃ）は本発明の好ましき実施の形態によるチップパッケージの製造方法を示す工程別断面図である。
【図５】従来のチップパッケージを示す断面図である。
【図６】従来のチップパッケージ実装を示す断面図である。
【符号の説明】
３０ チップパッケージ
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 導電層
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ 電極面
３５ チップ素子
３７ 絶縁層
５１ 印刷回路基板
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ 連結パッド

Claims (10)

  1. 一面に複数個の端子を設けた複数個のチップ素子が形成されたウェーハを用意する段階と、
    前記複数個の端子が露出されるよう、前記ウェーハの一面に絶縁層を形成する段階と、
    前記複数個の端子に連結されるよう前記絶縁層上に導電層を形成する段階と、
    前記導電層上面に電極層を塗布する段階と、
    上面に前記電極層が形成された前記導電層から各々一つの端子に接続された複数個の電極構造が形成されるよう、前記導電層を１次ダイシングする段階と、
    前記ウェーハをチップパッケージ単位にダイシングする段階を含み、前記１次ダイシング段階の切削深さは前記導電層を経て前記絶縁層部分まで至ることを特徴とするチップパッケージの製造方法。
  2. 前記ウェーハをチップパッケージ単位にダイシングする段階後に、前記電極層が形成されていない前記導電層の外部面に保護層を形成する段階をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のチップパッケージの製造方法。
  3. 前記保護層は、絶縁性樹脂を塗布して形成されることを特徴とする請求項２に記載のチップパッケージの製造方法。
  4. 前記１次ダイシングする段階は、切削深さを調節して前記２次ダイシングする段階と同時に行われることを特徴とする請求項１に記載のチップパッケージの製造方法。
  5. 前記導電層はメッキ法により形成されることを特徴とする請求項１に記載のチップパッケージの製造方法。
  6. 前記導電層は銅を含んだ金属層であることを特徴とする請求項１に記載のチップパッケージ。
  7. 前記電極層は金を含んだ金属層であることを特徴とする請求項１に記載のチップパッケージ。
  8. 前記導電層は、メッキ法により金属層を形成した後に、少なくとも一つの銅箔を積層して形成されることを特徴とする請求項１に記載のチップパッケージの製造方法。
  9. 前記電極層は、メッキ法により形成されることを特徴とする請求項１に記載のチップパッケージの製造方法。
  10. 前記チップ素子は、一面に多数個の端子が形成された集積回路素子であることを特徴とする請求項１に記載のチップパッケージの製造方法。
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