JP3908395B2 - 半導体装置製造用の基板、およびそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置製造用の基板、およびそれを用いた半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、所定の配線パターンが形成され、半導体チップが実装される半導体装置製造用の基板、およびこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、半導体装置の小型化の要請により、樹脂パッケージのサイズを半導体チップのサイズにより近づけたＣＳＰ（Chip Size Pacage）と称されるタイプの半導体装置の開発が盛んに行われている。この種の半導体装置の一例を図９に示すが、同図に示した半導体装置１においては、ワイヤボンディングパッド２０ａを有する複数のリード端子部２０Ａからなる配線パターンが形成された基板２上に、複数の端子部を有する半導体チップ３が実装されており、半導体チップ３の各端子部と各リード端子部２０Ａのワイヤボンディングパッド２０ａとの間がワイヤ６によって結線されている。そして、基板２の上面側おいて、半導体チップ３およびワイヤ６を封止するようにして樹脂パッケージ５が形成されている。
【０００３】
上記構成の半導体装置１は、たとえば図１０に示した半導体装置製造用の基板２Ａから製造される。この基板２Ａは、ポリイミド樹脂などの絶縁性を有する素材によって長手状に形成されているとともに、その表面には複数のリード端子部２０Ａからなる配線パターンが長手方向に連続して形成されている。このような基板２Ａにおいては、各配線パターンが形成された領域２０内に半導体チップ３を実装し、各半導体チップ３の端子部と各リード端子部２０Ａのワイヤボンディングパッド２０ａとの間をワイヤ６によって結線することによって各リード端子部２０Ａが半導体チップ３と導通接続される。そして、樹脂パッケージング工程などの各種の工程を経て図９に示したような半導体装置１とされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各リード端子部２０Ａは、リード本体部２０ｂよりも幅の大きいワイヤボンディングパッド２０ａが形成された構成とされている。このため、隣合うリード端子部２０Ａ，２０Ａどうしの間隔を一定以上に狭めることは困難である。したがって、配線パターンを微細化するためには、各ワイヤボンディングパッド２０ａを千鳥状に配置するなどの工夫が必要となり、配線パターンが複雑化してしまう。しかも、実装すべき半導体チップ３を変更する際に、ある製造用基板２Ａをベースとしてこれの配線パターンを設計変更する場合には、調整が困難であるといった欠点をも有している。このような不具合は、リード端子部２０Ａの数が多くなれななるほど顕著に現れる。
【０００５】
また、樹脂パッケージ５を形成する場合には、基板２と樹脂パッケージ５との間の接合性を良好なものとするために、樹脂パッケージ５と基板２の接合部分におけるリード端子部２０Ａが占める割合を小さくしておく必要がある。すなわち、基板２表面においては、樹脂パッケージ５との接合性が悪い金属部分をできるだけ少なくする必要がある。ところが、ワイヤボンディングパッド２０ａを太幅とした構成では、金属部分の割合を低減するにも限界がある。
【０００６】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、配線パターンを複雑化することなく配線パターンの微細化を実現しつつ種々の構成の半導体チップに容易に対応でき、しかも樹脂パッケージと基板との間に十分な接合性を確保することをその課題としている。
【０００７】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
すなわち、本願発明の第１の側面により提供される半導体装置製造用の基板は、複数のリード端子部からなる配線パターンが一面側に形成され、かつ、上記各リード端子部とワイヤを介して接続される複数の端子部を有する半導体チップが実装される半導体装置製造用の基板であって、上記基板における半導体チップが実装される中央領域には、格子状に配列された複数の貫通孔が形成されている一方、上記各リード端子部は、上記配線パターンが形成された領域の周縁端から、半導体チップが実装される中央領域まで延び、かつ少なくとも上記領域の周縁端から上記半導体チップが実装される中央領域までの間の部分が全体的に同一幅を有する直線状とされている一方、上記各リード端子部の内端部は、上記半導体チップが実装される中央領域において、対応する上記各貫通孔に至っていることを特徴としている。
【０００９】
上記製造用基板では、配線パターンが形成された領域の周縁部に形成された各リード端子部の部分が、当該領域の中央部に向けて延びる直線状とされている。当該領域の中央部には半導体チップが実装されるため、各リード端子部における上記した部分は半導体チップ側に向けて延びる直線状とされており、この部分の全体がワイヤボンディング領域とされている。このため、従来のリート端子部のように相対的に太幅とされたワイヤボンディングパッドによって隣合うリード端子部どうしの間隔を狭めることができないといった不具合は本願発明では生じない。
【００１０】
したがって、隣合うリード端子部の間隔を狭めることができ、配線を複雑化することなくファインピッチ化を達成することができる。もちろん、実装すべき半導体チップを変更する場合に配線パターンを変更する際には、各リード端子部の数やピッチを変更するといった簡易な調整のみによって対応することができる。それどころか、実装が予定される半導体チップのうちの端子部の数が最大である半導体チップを基準としてリード端子部の数を予め設定しておけば、配線パターンを設計変更することなく端子部の数が異なる種々の半導体チップに対応することができる。
【００１１】
また、上記構成では、各リード端子部における半導体チップ側に向けて延びる直線状の部分全体をワイヤボンディング領域とすることができるため、実装される半導体チップが大きい場合と小さい場合とによってワイヤボンディング部位を適宜変更して設定することによって様々な大きさの半導体チップに対応することもできる。
【００１２】
好ましい実施の形態においてはさらに、上記各リード端子部は、基板の表面に接着剤を介して導体箔を貼着した後に、導体箔の不要な部分をエッチング処理することによって形成されている。
【００１３】
上記構成では、エッチング処理されてリード端子部が形成されていない基板の表面は、接着剤が露出した状態とされている。この接着剤としては、主としてエポキシ樹脂などの樹脂接着剤が採用される。一方、ワイヤボンディング工程が終了した後には、半導体チップやワイヤを封止すべく樹脂パッケージが形成される。この樹脂パッケージもまたエポキシ樹脂などによって形成される。このため、リード端子部が形成されていない領域においては、半導体装置製造用の基板と樹脂パッケージとの間の界面に接着剤が介在する恰好となるため、接着剤と樹脂パッケージとの間が水素結合によって良好に接合されることとなる。とくに、リード端子部における直線状の部分には、従来のように相対的に太幅とされたワイヤボンディングパッドが形成されていないため、基板表面におけるリード端子部が占める割合が小さくなる。このため、接着剤の露出面積を大きく確保することができるようになり、より良好な接合状態を確保することができる。
【００１４】
また、本願発明の第２の側面によれば、複数のリード端子部からなる配線パターンが一面側に形成された半導体装置製造用の基板に、複数の端子部を有する半導体チップを実装し、上記基板のリード端子部と上記半導体チップの端子部との間をワイヤによって結線する工程を含む半導体装置の製造方法であって、上記半導体装置製造用の基板として、上述した本願発明の第１の側面に記載した半導体装置製造用の基板を用い、かつ、上記各リード端子部における全体として同一幅を有する直線状とされた部分と、上記半導体チップの各端子部との間をワイヤを介して接続することを特徴とする、半導体装置の製造方法が提供される。
【００１５】
上記製造方法では、上述した本願発明の第１の側面において記載した製造用基板が用いられていることから、上述した第１の側面の効果を享受することができるのはいうまでもない。
【００１６】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。図１は、本願発明に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置の一例を表す全体斜視図、図２は、図１の半導体装置を裏面側から見た全体斜視図、図３は、図１のIII −III 線に沿う断面図である。なお、これらの図においては、従来例を説明するために参照した図面に表されていた部材および要素などと同等なものには同一の符号を付してある。
【００１８】
図１ないし図３に示すように、上記半導体装置１は、いわゆるＢＧＡ（Ball Grid Array ）型と称されるものである。この半導体装置１は、絶縁性を有する基板２と、この基板２に実装された半導体チップ３とを有しており、この半導体チップ３を封止するようにして樹脂パッケージ５が形成されている。
【００１９】
図１および図２に良く表れているように、上記基板２は、絶縁性を有するポリイミドなどの樹脂フィルムによって矩形状に形成されており、その表面には、複数のリード端子部２０Ａ，…からなる配線パターンが形成されている。そして、基板の中央部に集中して複数の貫通孔２４が格子状に配列形成されているが、上記各リード端子部２０Ａは、上記基板２の周縁端から連続して、その一端部がそれぞれの対応する貫通孔２４にまで至っている。すなわち、各貫通孔２４は、上記各リード端子部２０Ａの一端部によって上部開口が閉塞された恰好とされており、上記各貫通孔２４を介して上記基板２の裏面側から上記各リード端子部２０Ａの一端部が臨んでいる。
【００２０】
各リード端子部２０Ａは、基板２の周縁端から延びる一定長さの部分が全体として一定幅を有する直線状とされている。そして、この直線状の部分２０ａに後述するワイヤ６がボンディングされる。すなわち、各リード端子部２０Ａの直線状の部分２０ａのいずれの領域にもワイヤ６をボンディングできるようになされている。もちろん、それぞれのリード端子部２０Ａ，…は、互いに接触ないし交差しないように独立して形成されており、また各貫通孔２４が形成された領域を覆うようにして絶縁性を有する素材により保護膜を形成してもよい。
【００２１】
図３に示すように、上記半導体チップ３は、その上面３ａに複数の端子部（図示略）が形成されているが、この半導体チップ３は絶縁性を有するエポキシ樹脂などの接着剤７を介して基板２に対して機械的に接合されている。なお、半導体チップ３としては、たとえばＩＣやＬＳＩなどのベアチップを用いることができ、接着剤７としては、常温硬化性のものでも、熱硬化性のものでもよい。また、上記半導体チップ３は、図１および図３に良く表れているように、上記半導体チップ３の各端子部と上記各リード端子部２０Ａの直線状の部分２０ａとの間が金線などのワイヤ６を介して接続されており、このワイヤ６によって上記半導体チップ３と上記各リード端子部２０Ａとの電気的な導通が図られている。
【００２２】
図２および図３に示すように、上記基板２の裏面２２には、上記各貫通孔２４に対応して複数の外部端子部４が格子状に配列形成されている。これらの外部端子部４は、たとえばハンダによって半球状に形成されているが、上記各端子部２０ａとは上記貫通孔２４を介して導通されており、結局、上記各外部端子部４が上記半導体チップ３と導通していることになる。
【００２３】
そして、上記基板２の上面側において、半導体チップ３およびワイヤ６を封止するようにして、たとえばエポキシ樹脂を用いた金型成形によって樹脂パッケージ５が形成されている。
【００２４】
このように構成された半導体装置１は、たとえば回路基板などに実装されて使用されるが、上記各外部端子部４がハンダによって形成されていることから、上記半導体装置１にはハンダリフローの手法などが好適に採用される。
【００２５】
次に、上記半導体装置１の製造方法について図４ないし図８を参照しつつ説明する。なお、図４は、図１ないし図３を参照して説明した半導体装置の製造に使用される製造用基板の一例の要部を表す斜視図、図５は、図４の製造用基板に半導体チップを実装する工程を説明するための図、図６は、ワイヤボンディング工程を説明するための図、図７は、樹脂パッケージング工程を説明するための図、図８は、外部端子部を形成する工程を説明するための図である。また、これらの図においては、従来例を説明するために参照した図面に表されていた部材および要素などと同等なものには同一の符号を付してある。
【００２６】
半導体装置１は、半導体チップ実装工程、ワイヤボンディング工程、樹脂パッケージング工程、外部端子部形成工程、および製造用基板２Ａから半導体装置１となるべき部分を切り離す工程などを経て製造されるが、便宜上、半導体装置１の製造に使用される製造用基板２Ａについて先に説明する。
【００２７】
この製造用基板２Ａは、ポリイミド樹脂などによってたとえば短冊状に形成されており、図４に示したようにその表面には複数のリード端子部２０Ａ，…からなる配線パターンが繰り返し形成されている。各配線パターンは、通電ライン２２によって囲まれる矩形領域２０内にそれぞれ形成されており、各矩形領域２０には、図面上には明確に表れていないが中央部に集中して複数の貫通孔２４が形成されている。各リード端子部２０Ａは、基端部２０ａが直線状とされ、矩形領域２０の内方側に向けて一端部が延びている。そして、これらの一端部がそれぞれ対応する貫通孔２４にまで至っており、各リード端子部２０Ａの一端部によって各端通孔２４の上部開口が閉塞されている。また、上記製造用基板２Ａの幅方向の両側部には、一定間隔毎に係止穴２５がそれぞれ連続して設けられている。すなわち、爪付きローラなどの回転体の爪部が、上記係止穴２５に係止されるとともに、上記回転体の回転によって上記製造用基板２Ａが連続または間欠送りされるようになされている。なお、このような配線パターンおよび通電ライン２２は、たとえば上記製造用基板２Ａの表面に銅皮膜を形成した後に、あるいは製造用基板２Ａの表面に適宜の接着材などによって銅箔を貼着した後にエッチング処理を施すことによって形成することができる。
【００２８】
上記製造用基板２Ａでは、配線パターンが形成された領域２０の周縁部に形成された各リード端子部２０Ａの部分２０ａが、当該領域２０の中央部に向けて延びる直線状とされている。当該領域２０の中央部には後述するように半導体チップ３が実装されるため、上記した直線状の部分２０ａは半導体チップ３側に向けて延びる直線状とされており、この部分がワイヤボンディング領域とされている。このため、従来のリート端子部のように相対的に太幅とされたワイヤボンディングパッドのよって隣合うリード端子部２０Ａどうしの間隔を狭めることができないといった不具合は本願発明では生じない。
【００２９】
したがって、上記構成の製造用基板２Ａでは、隣合うリード端子部２０Ａの間隔を狭めることができ、配線パターンを複雑化することなくファインピッチ化を達成することができる。もちろん、実装すべき半導体チップ３を変更する場合に配線パターンを変更する際には、各リード端子部２０Ａの数やピッチを変更するといった簡易な調整のみによって対応することができる。それどころか、実装が予定される半導体チップ３のうちの端子部の数が最大である半導体チップ３を基準として予めリード端子部２０Ａの数を設定しておけば、配線パターンを設計変更することなく端子部の数が異なる種々の半導体チップ３に対応することができる。しかも、上記構成では、各リード端子部２０Ａにおける直線状の部分２０ａ全体をワイヤボンディング領域とすることができるため、実装される半導体チップ３が大きい場合と小さい場合とによってワイヤボンディング部位を適宜変更して設定することによって様々な大きさの半導体チップ３に対応することもできる。
【００３０】
上記のような製造用基板２Ａに対しては、まず半導体チップ実工程が行われる。この工程では、まず、たとえば上記各矩形領域２０の中央部に液状ないし固体状のエポキシ樹脂などの熱硬化性の接着剤を塗布ないし載置しておき、既存のチップマウンタなどを用いて接着剤を介在させた状態で半導体チップ３が製造用基板２Ａ上に載置される。そして、ヒータなどを用いて接着剤を溶融・熱硬化させることによって半導体チップ３が製造用基板２Ａに実装されて図５に示したような状態とされる。
【００３１】
次に、ワイヤボンディング工程が行われる。この工程は、ファーストボンディングとセカンドボンディングからなり、キャピラリと呼ばれる治具が用いられる。具体的には、まず、製造用基板２Ａおよび半導体チップ３を予め加熱しておき、この状態においてファーストボンディングが行われる。上記キャピラ内には、ワイヤ６が挿通されており、キャピラリから突出したワイヤ６の先端部が溶融させられてボール状とされ、これを半導体チップ３の端子部に圧着することによってファーストボンディングが行われる。この際、半導体チップ３の端子部とワイヤ６の接合部分に数十ｋＨｚ程度の超音波を付与してもよい。次いで、キャピラリからワイヤ６を引き出しつつキャピラリをリード端子部２０Ａの直線状の部分２０ａにまで移動させる。そして、直線状の部分２０ａにキャピラリの先端部を圧し付けることによってセカンドボンディングが行われて図６に示した状態とされる。もちろん、セカンドボンディングにおいても、リード端子部２０Ａの直線状の部分２０ａとワイヤ６との接合部分に超音波を付与してもよい。
【００３２】
次いで、樹脂パッケージング工程を行う。この工程では、製造用基板２Ａの上面側において半導体チップ３、ワイヤ６を封入するようにして樹脂パッケージ５が形成されて図７に示したような状態とされる。この工程には、型締め状態においてキャビティ空間を形成する上下の金型を用いた、いわゆるトランスファモールド法などが好適に採用される。具体的には、まず上記キャビティ空間内に上記半導体チップ３ないしボンディングワイヤ６を収容した恰好で上記製造用基板２Ａを挟持して上下の金型の型締めを行う。そして、上記キャビティ空間内にエポキシ樹脂などを溶融状態で注入した後に硬化させることにより、配線パターン形成領域（矩形領域２０）の上面側にのみ上記樹脂パッケージ５が形成される。
【００３３】
上述したように、リード端子部２０Ａは、たとえば銅箔をエポキシ樹脂などの接着剤によって貼着した後に、エッチング処理することによって形成される。このエッチング工程では、銅箔のみがエッチング除去され、接着剤はエッチングされずに残り表面に現れている。したがって、パッケージング樹脂としてエポキシ樹脂などを用いた場合には、製造用基板２Ａと樹脂パッケージ５との間の接着剤が介在し、この接着剤と樹脂パッケージ５との間の水素結合によって製造用基板２Ａと樹脂パッケージ５との間の接合性が良好なものとされる。しかも、本願発明の製造用基板２Ａでは、各リード端子部２０Ａが比較的に太幅なワイヤボンディングパッドを有しておらず、全体として略同一幅とされていることから、従来と比べて接着剤が露出する面積が大きく確保されている。これによって、製造用基板２Ａと樹脂パッケージ５との間の接合性が良好なものとされている。
【００３４】
続いて、外部端子部形成工程を行う。この工程では、上記製造用基板２Ａの表裏を反転させ、配線パターン形成領域（矩形領域２０）に裏面側、すなわち格子状に配列形成された複数の貫通孔２４のそれぞれに外部端子部４が形成される。これらの各外部端子部４は、図８に示したようにハンダボール４′をフラックスとともに各貫通孔２４に対応させて載置し、それぞれのハンダボール４′を溶融・固化させることによって各外部端子部４が形成される。このとき、各外部端子部４は、溶融時の表面張力によって半球状とされる。
【００３５】
最後に、上記製造用基板２Ａから半導体装置１となるべき部位を切り離すことによって図１ないし図３に示したような個々の半導体装置１が得られる。
【００３６】
なお、本実施形態では、ＢＧＡ型の半導体装置１およびその製造方法について説明したが、本願発明は、ＢＧＡ型の半導体装置１に限定されず、半導体チップ３と基板２の間がワイヤによって結線される種々の半導体装置について適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置の一例を表す全体斜視図である。
【図２】図１の半導体装置を裏面側から見た斜視図である。
【図３】図１のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】図１ないし図３の半導体装置の製造に使用される製造用基板の一例の要部を表す斜視図である。
【図５】図４の製造用基板に半導体チップを実装する工程を説明するための図である。
【図６】ワイヤボンディング工程を説明するための図である。
【図７】樹脂パッケージング工程を説明するための図である。
【図８】外部端子部を形成する工程を説明するための図である。
【図９】従来の半導体装置の一例を表す要部斜視図である。
【図１０】図９の半導体装置の製造に使用される基板の要部斜視図である。
【符号の説明】
１ 半導体装置
２ 基板
２Ａ 半導体装置製造用の基板
３ 半導体チップ
３０ 端子部（半導体チップの）
６ ワイヤ
２０Ａ リード端子部

Claims (2)

  1. 複数のリード端子部からなる配線パターンが一面側に形成され、かつ、上記各リード端子部とワイヤを介して接続される複数の端子部を有する半導体チップが実装される半導体装置製造用の基板であって、
    上記基板における半導体チップが実装される中央領域には、格子状に配列された複数の貫通孔が形成されている一方、
    上記各リード端子部は、上記配線パターンが形成された領域の周縁端から、半導体チップが実装される中央領域まで延び、かつ少なくとも上記領域の周縁端から上記半導体チップが実装される中央領域までの間の部分が全体的に同一幅を有する直線状とされている一方、
    上記各リード端子部の内端部は、上記半導体チップが実装される中央領域において、対応する上記各貫通孔に至っていることを特徴とする、半導体装置製造用の基板。
  2. 複数のリード端子部からなる配線パターンが一面側に形成された半導体装置製造用の基板に、複数の端子部を有する半導体チップを実装し、上記基板のリード端子部と上記半導体チップの端子部との間をワイヤによって結線する工程を含む半導体装置の製造方法であって、
    上記半導体装置製造用の基板として、請求項１に記載した半導体装置製造用の基板を用い、かつ、
    上記各リード端子部における全体として同一幅を有する直線状とされた部分と、上記半導体チップの各端子部との間をワイヤを介して接続することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
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