JP3758066B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ICチップを基板に実装させた半導体装置とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯機器や無線装置等の急増により、実装基板の小形軽量化及び高周波における信号の減衰防止、低ノイズ化等の要求が急速に強まり、特にミリ波帯においてはこれらの実現が急務となっている。このため、ICチップ(以下単にチップという)の実装方法も従来のワイヤボンディングからフリップチップ方式に変わりつつある。このフリップチップ方式では、図7及び図8に示すように、最小限の接続用金属(バンプ)8を介して、チップ6を基板1に直接実装する。尚、図7は従来の装置の斜視図、図8はその断面図である。
この種の従来のフリップチップ方式では、基板1との接続部がチップ6の下側にあるため、余分な面積を必要としない。又、フリップチップ方式では面状にバンプ8を配置することができるので、同一面積に対して大幅な多ピン化が可能である。更には、バンプ接続とすることで、接続長が大幅に短縮されるため、従来のワイヤボンディングにおけるインダクタンス成分の影響が抑えられ、且つ製作時のばらつきを抑制することができる等、多々利点はあるものの、製造コストが高くなるという課題がある。
【0003】
又、この実装方法では半導体チップの気密封止について十分でないという課題もある。以下これについて説明する。
従来、半導体実装の分野では、大気中に含まれる酸素、湿気、イオン性不純物、ゴミ、埃等、素子に不都合を生じさせる汚染源の進入を阻止するため、図9に示すように金属パッケージ12或いはセラミックパッケージ内部にチップ6を実装して蓋13で封止したり、図10に示すように、封止剤14でチップ6を被う等の方法が行われていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、金属パッケージ12やセラミックパッケージを用いるため上述のように、コスト高となる上、封止剤を用いてチップを被うため、チップと基板との間に封止剤が流入してしまい、チップの特性を劣化させるという課題があった。
本発明は、かかる課題を解決し、低価格で気密性に優れた高性能の半導体装置とその製造方法の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、表面に凹部が設けられた基板と、前記凹部に配設されたチップと当該凹部を気密に覆う治具とで構成された半導体装置において、前記基板は、凹部が設けられた前記表面と前記基板の裏面とをつなぐバイアホールを有し、前記チップは、前記バイアホールを介して前記基板の裏面と接続され、凹部が設けられた基板の表面側にボールグリッドアレイを用いて治具を固着させ、前記基板の周囲に基板と治具との隙間を塞ぐ封止剤を配設したことを特徴とする。
【0007】
請求項2の発明は、請求項1の半導体装置において、凹部が設けられた基板の表面側に導体部を設けたことを特徴とする。
【0008】
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の半導体装置において、治具は回路基板であることを特徴とする。
【0009】
請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3の何れかに記載の半導体装置において、チップはフリップチップであることを特徴とする。
【0010】
請求項5の発明は、チップを基板に直接実装する半導体装置の製造方法において、基板の表面に凹部を設け、当該凹部にチップを配設した後、当該基板の表面に前記凹部を覆う治具を気密に固着をする半導体装置の製造方法において、前記基板の裏面と前記凹部の表面とをつなぐバイアホールを設け、前記バイアホールを介して前記裏面と前記チップとを接続し、当該基板の表面に設けられ前記凹部を覆う治具は、ボールグリッドアレイを用いて前記基板の表面に固着し、更に、当該基板の外周を封止剤を用いて封止することを特徴とする。
【0012】
請求項6の発明は、請求項5に記載の半導体装置の製造方法において、凹部が設けられた基板の表面には当該凹部内面に及ぶ導体部を設けたことを特徴とする。
【0013】
請求項7の発明は、請求項5又は請求項6の何れかに記載の半導体装置製造方法を用いて、一枚の治具を共用にしてその両面側に半導体装置が配設されたことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、実施の形態1をフリップチップ実装方法を例にして図1及び図2に基づいて説明する。図1は半導体装置を構成するチップが実装される基板の表面側を横にしてみた図である。図2は図1の基板にチップが実装された半導体装置の断面図である。
【0015】
図において、符号1はチップが直接実装される基板、2はチップを実装するため基板1の表面に設けられた凹部としての窪み、3(図中の3a,3b)は前記凹部2と基板1の裏面に配置された基板1のバイアホール、4はチップ実装用のパッドである。
5は基板1上に形成されたパターン、6は上記凹部2内に配置されたチップ、例えば、モノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)チップである。
7はチップのバイアホール、8(図中の8a,8b)はチップ6の接続用金属即ちバンプである。
【0016】
次に、この半導体装置の製造方法について説明する。
先ず、基板1の表面に配設予定のチップ6が収まるサイズの凹部2を形成する。実際には、このような凹部2を備えた基板1を射出成型等の手段により形成することになる。
次に、この凹部2の底面に、フリップチップ実装用のパッド4や基板1の裏面へ繋がるバイアホール3等所要の設備が配設される。
そして、図2に示すように、上記基板1の凹部2にバンプ8を介してチップ6をフリップチップ実装し、基板1の表面が下面になるように反転させて、治具9例えば回路基板や適当な覆い部材等の所定位置にボンディング或いは接着等適当な手段にて固着する。
【0017】
次にこの半導体装置の動作を説明する。
図2における基板1上のパターン5に電気信号が与えられ、基板1のバイアホール3aやバンプ8aを介してチップ6に信号が伝えられると、チップ6の出力信号は、同様にバンプ8bや基板1のバイアホール3bを介して基板1上のパターン5に伝えられる。尚、チップ6はチップ6内のバイアホール7を介して接地されている。
【0018】
この実施の形態1によれば、基板1と治具9とによって、チップ6の周囲は気密に外気と遮断され、気密封止された状態となる。しかも、高価なパッケージや封止剤を用いる必要が無い。
このため、最小限の要素部材での構成が可能となり、安価で且つ機能的にも安定した特性の半導体装置を提供することができると共に、低価格での実装を実現する半導体装置の製造方法を提供することができる。
【0019】
実施の形態2.
次に、実施の形態2を図3に基づいて説明する。図3は半導体装置の断面図である。尚、上記実施の形態1と同一符号は同一若しくは同等の内容を示すものであるから、その説明を省略する。尚、図中の符号10はボールグリッドアレイ、15は封止剤である。
【0020】
この実施の形態2は、上記実施の形態1の半導体装置とその製造方法がほぼ同様で、その一部に更に工夫を加えたものである。
さて、チップ6がフリップチップ実装された基板1を、治具9に固着する手段としてボンディングする際には平面性が重要となる。このため、この実施の形態2では、上記実施の形態1の製造方法(実装方法)に加えて、この基板1と治具9との接合部にボールグリッドアレイ10を用いてボンディングすることで、両者を固着した。これにより平面性を保ちながらのボンディングが可能となり、基板1と治具9との平行度を保つことができるので、安定した特性の半導体装置を提供することができる。
【0021】
上記のボールグリッドアレイ10を用いてのボンディングにおいて、なお十分な気密性を保持させるためには、基板1の外周に封止剤15を配設(塗布)するとよい。
この場合、フリップチップ実装したチップ6と基板1との間への、従来問題とされていた封止剤15の流入が阻止され、基板1と治具9と封止剤15とによって、チップ6は外気と完全に遮断され、気密封止された状態となる。従がって、この実施の形態2による構成によれば、封止剤15による特性劣化の虞を生じさせることがない。
しかも、上記実施の形態1と同様に、高価なパッケージを用いていないため、最小限の要素での構成が可能であり、低価格実装を実現することができる。
【0022】
実施の形態3.
次に、実施の形態3を図4及び図5に基づいて説明する。図4は半導体装置を構成するチップが実装される基板の表面側を横にしてみた図である。図5は図41の基板にチップが実装された半導体装置の断面図である。尚、上記実施の形態1及び2と同一符号は同一若しくは同等の内容を示すものであるから、その説明を省略する。又、図4中の符号11で示す斜線部は導体部である。
【0023】
図において、基板1上にチップ6が収まるサイズの凹部2を形成し、この凹部2の底にはパッド4や、凹部2と基板1の裏面に配設されたパターン5との間を繋ぐ基板1のバイアホール3等が配設されている。これらの実装方法は上記実施の形態1と同様である。
この実施の形態3では、凹部2の内面及び当該凹部2が設けられた基板1の表面側一面に膜状或いは層状に形成された導体部11が設けられ、更にこの導体部11を凹部2の内面側に延在させた構成とした点に特徴がある。凹部2の内面及び基板1表面に設けられる導体部11はバンプ8の接触面の外は全面導体として設けてもよい。
こうしておいて、基板1の凹部2にチップ6をバンプ8を介してフリップチップ実装し、基板1の表面が下面になるように反転させて治具9にボンディング或いは接着等により固着する方法も、また上記実施の形態1と同様である。
【0024】
次にこの半導体装置の動作を説明する。
図5における基板1上のパターン5に電気信号が与えられ、基板1のバイアホール3aやバンプ8aを介してチップ6に信号が伝えられると、このチップ6の出力は、同様にバンプ8bと基板1のバイアホール3bを介して基板1裏面上のパターン5に伝わる。尚、チップ6は基板1表面上の導体部11とバンプ8を介して接続され接地されている。
【0025】
この実施の形態3によれば、上記実施の形態1や2と同様に、基板3によりチップ6は外気と遮断され、気密封止された状態となる。しかも、この構成においては、高価なパッケージや封止剤を用いていないため、最小限の要素での構成が可能であり、安価で且つ安定した特性の半導体装置を提供することができ、低価格実装を実現できる上、上記実施の形態1と異なり、チップ6の接地が外部で行なわれているので、チップ6の内部にバイアホール7を設ける必要が無くなり、半導体プロセスにおける裏面処理が不要とになるため、製造コストを大幅に抑えることができる。
【0026】
実施の形態4.
実施の形態4を図6に基づいて説明する。図6は両面実装させた半導体装置の断面図である。尚、上記実施の形態1乃至3と同一符号は同一若しくは同等の内容を示すものであるから、その説明を省略する。
実施の形態4に示す半導体装置は、例えば回路基板や覆い部材等の治具9に対して、チップが実装された基板16を、当該治具9を中央にしてその両側から両面実装された構成とされている。この基板16は上記実施の形態1乃至3の何れかに記載の方法でチップ6が実装された基板である。
この実施の形態4に示すように、実装基板16を両面実装、或いは、多層基板実装した場合には、上記実施の形態1乃至3による効果が得られる上に、高性能にして小型の半導体装置を低価格にて提供することができる。
【0027】
【発明の効果】
請求項1乃至請求項7の各発明によれば、低価格で気密性に優れた高性能の半導体装置を提供することができる。
【0028】
又、請求項1や請求項5の各発明によれば、チップ6の周囲は気密に外気と遮断され気密封止され、しかも、高価なパッケージや封止剤を用いる必要が無いので、最小限の要素部材での構成が可能となり、安価で且つ機能的にも安定した特性の半導体装置を提供することができると共に、低価格での実装を実現する半導体装置の製造方法を提供することができる。
【0029】
又、請求項1や請求項5の各発明によれば、平面性を保ちながらボンディングされるため、安定した特性の半導体装置を提供することができる。しかも、実装されたチップと基板との間への封止剤の流入が阻止される上、当該封止剤によって、チップは外気と完全に遮断され、気密封止された状態となるので、封止剤による特性劣化を生じさせない。
【0030】
又、請求項2や請求項6の各発明によれば、チップの接地が外部で行なわれているので、チップの内部にバイアホールを設ける必要が無くなり、半導体プロセスにおける裏面処理が不要となるため、製造コストを大幅に抑えることができ、低価格の半導体装置を提供することができる。
【0031】
又、請求項7の各発明によれば、高性能にして小型の半導体装置を低価格にて提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 半導体装置を構成するチップが実装される基板の表面側を横にしてみた図である。
【図2】 図1の基板にチップが実装された半導体装置の断面図である。
【図3】 半導体装置の断面図である。
【図4】 半導体装置を構成するチップが実装される基板の表面側を横にしてみた図である。
【図5】 図4の基板にチップが実装された半導体装置の断面図である。
【図6】 両面実装させた半導体装置の断面図である。
【図7】 従来の装置の分解斜視図である。
【図8】 図8は図7に示す装置の断面図である。
【図9】 金属パッケージを備えた従来装置の分解斜視図である。
【図10】 封止剤で覆われた従来装置の断面図である。
【符号の説明】
1 基板、2 凹部、3、3a,3b 基板のバイアホール、4 パッド、5パターン、6 チップ、8,8a,8b バンプ、9 治具、10 ボールグリッドアレイ、11 導体部、14,15 封止剤。
Claims (7)
- 表面に凹部が設けられた基板と、前記凹部に配設されたチップと当該凹部を気密に覆う治具とで構成された半導体装置において、
前記基板は、凹部が設けられた前記表面と前記基板の裏面とをつなぐバイアホールを有し、
前記チップは、前記バイアホールを介して前記基板の裏面と接続され、
凹部が設けられた基板の表面側にボールグリッドアレイを用いて治具を固着させ、前記基板の周囲に基板と治具との隙間を塞ぐ封止剤を配設した
ことを特徴とする半導体装置。 - 凹部が設けられた基板の表面側に導体部を設けたことを特徴とする請求項1の半導体装置。
- 治具は回路基板であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
- チップはフリップチップであることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の半導体装置。
- チップを基板に直接実装する半導体装置の製造方法において、基板の表面に凹部を設け、当該凹部にチップを配設した後、当該基板の表面に前記凹部を覆う治具を気密に固着をする半導体装置の製造方法において、
前記基板の裏面と前記凹部の表面とをつなぐバイアホールを設け、前記バイアホールを介して前記裏面と前記チップとを接続し、
当該基板の表面に設けられ前記凹部を覆う治具は、ボールグリッドアレイを用いて前記基板の表面に固着し、更に、当該基板の外周を封止剤を用いて封止する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 凹部が設けられた基板の表面には当該凹部内面に及ぶ導体部を設けたことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項5又は請求項6に記載の半導体装置製造方法を用いて、一枚の治具を共用にしてその両面側に半導体装置が配設されたことを特徴とする半導体装置。
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