JP4120133B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂封止型の半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯機器が急速に普及し、これに伴ってその中に搭載される樹脂封止型半導体装置も薄型/小型/軽量のものが要求されるようになっており、これらに対応するために数多くのものが提案されている。
【0003】
その1つとして、図19に示すような従来の半導体装置がある。半導体素子1の複数の電極パッド2にCu(銅)の再配線3を電気的に接続させ、更に再配線3はCuポスト4に接続されている。そしてそのCuポスト4の高さに樹脂5を封止し、露出したCuポスト4の先端部にははんだボール6が形成されている。
【0004】
ここまでの工程はすべて半導体素子1が複数ならんでいるウエハ状態で処理され、最後に半導体素子1にダイシングされ、個片化される。これらは半導体素子1に大きさが極めて近い半導体装置となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体装置では、Cuポスト4とはんだボール6から成る端子が内側に奥まって配列されている。
【0006】
半導体装置は図20に示すように基板7に実装されるが、はんだボール6による接続を電気的チェックだけでなく、はんだの濡れ性によっても確認している。
【0007】
はんだの濡れ性は接続強度の目安となる重要な検査項目の一つとなっており、特に車載用などの厳しい信頼性を必要とする分野では必須となっている。
【0008】
特に最外側の端子は基板実装後の環境下でストレスを受け易く、確実に接続されていることが重要であるが、装置の内側に配列されているため、装置の影になってはんだの濡れ性の確認が困難であった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明はポストの側端面が樹脂から露出し、ポストの側端面と半導体素子の端面を同一の位置に配置し、半導体素子の端面の少なくともポスト側の部分でかつ外周全体を絶縁層で覆ったものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施形態を示す断面図である。
【0013】
樹脂封止型の半導体装置は、半導体素子11と複数の電極パッド12と、再配線13と、再配線13により電極パッド12に接続された複数のポスト14と、ポスト14の高さに封止した樹脂15と、ポスト14の先端部に形成されたろう接用金属バンプ例えばはんだボール16とで構成されている。
【0014】
電極パッド12は半導体素子1の接続電極で、Al(アルミニウム)で形成される。電極パッド12とポスト14を接続する再配線13はCuで形成され、ポスト14はCu製で柱状に形成される。
【0015】
ポスト14は、図2及び図3に示したのと同様に半導体素子11の周辺部に1列に配列される。
【0016】
また、ポスト14の最外側の側端面から半導体素子11の端面までの距離dは、半導体装置を基板に実装したときにはんだの状態を確認できる程度に短かくなるように、樹脂15の端部が形成される。
【0017】
この距離dは実装後にすき間となるポスト14の高さ以内が適当で、実験的に50〜100μmが望ましい。
【0018】
以上のように、第1の実施形態によれば、ポスト14とはんだボール16から成る端子が、外部からの距離dが短くなったので、図4に示すように実装後に側面から見易くなり、はんだの濡れ性の確認が容易にできる効果がある。
【0019】
図2は本発明の第2の実施形態を示す平面透視図で、再配線13及びはんだボール16は省略している。
【0020】
ポスト14は半導体素子11の周辺部に1列に配列され、その側端面から半導体素子11の端面までの距離dは図1の場合と同じである。
【0021】
複数の電極パッド12は半導体素子11の中央部に配列され、図示してない再配線によりポスト14に接続される。
【0022】
図3は本発明の第3の実施形態を示す平面透視図で、第2の実施形態とは電極パッド12の配列が異なるだけで、他は同じである。
【0023】
電極パッド12は各ポスト14の間に配置されている。
【0024】
また、図示してないが、電極パッド12のそれぞれをポスト14のそれぞれと1対1に対応させ、各ポスト14の真下に配置させても良い。
【0025】
以上のように、第2、第3の実施形態によれば、第1の実施形態の効果に加えて、半導体素子11の周辺部にポスト14を1列に配列するような端子配列が容易に実現でき、半導体装置の大きさの割合に対し端子数が少ない場合に適している。
【0026】
図4は本発明の第1〜第3の実施形態を基板に実装した状態を示す断面図である。
【0027】
半導体装置ははんだボール16によって基板17にはんだ付けされ、側面から目視によってはんだの濡れ性を容易に確認することができる。
【0028】
図5は本発明の第4の実施形態を示す断面図、図6は平面透視図、図7は基板実装した状態を示す断面図である。
【0029】
第1の実施形態とは、樹脂15の周辺部全体に段差18を設けたことが異なっているだけで、他は同じである。
【0030】
段差18の距離gは樹脂15の半分位が適当で、段差18の部分の樹脂厚tは50μm前後、即ち40〜60μmが望ましい。
【0031】
このように樹脂15の周辺部に段差18を設けると、図7に示すようにはんだボール16のはんだが溶融してはんだ付けされ、半導体装置が基板17に実装された状態特に端子の状態を側面からよく見ることができる。
【0032】
なお、図6では電極パッド12、再配線13及びはんだボール16を省略している。
【0033】
以上のように、第4の実施形態によれば、樹脂15の周辺部全体に段差18を設けたので、第1の実施形態の効果に比べて更にはんだの濡れ性の確認が容易にできる。
【0034】
図8は本発明の第4の実施形態の製造方法を示す断面図で、(a)〜(f)は各工程を示している。
【0035】
まず、複数の半導体素子11を形成したウエハ20を準備する。
【0036】
(a)においては、半導体素子11の電極パッド12(図示せず)に再配線13(図示せず)により接続され、半導体素子11の周辺部に配列されたポスト14を形成する。
【0037】
(b)においては、ポスト14の高さ以上に樹脂15を封止する。
【0038】
(c)においては、研磨剤21によって樹脂15の表面を研削し、ポスト14の高さにしてポスト14の先端部を露出させる。
【0039】
(d)においては、個片にしたときに、樹脂15の周辺部になる領域に対応する部分である所の隣接したポスト14間の樹脂15の一部を除去して、樹脂厚を40〜60μmにし、段差18を形成する。
【0040】
樹脂15の一部除去は、例えば波長1μm程度のYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザで樹脂15のみを焼き付け、灰化させて飛ばすことにより実施することができる。
【0041】
(e)においては、露出したポスト14の先端部にはんだボール16を設けて端子形成する。
【0042】
(f)においては、切断刃22によって、段差18を形成した樹脂15の部分の中央にある個片化ライン19で半導体素子11毎にダイシングし、第4の実施形態の半導体装置が製造される。
【0043】
上記のように、レーザ等で樹脂15の一部を除去して、樹脂15の周辺部に段差18を簡単に形成することができる。
【0044】
図9は本発明の第5の実施形態を示す断面図、図10はその一部拡大断面図、図11は平面透視図、図12は基板実装した状態を示す断面図である。
【0045】
第1の実施形態とは、ポスト14の最外側の側端面と半導体素子11の端面が同一の位置に配置され、半導体素子11の端面の外周全体を絶縁層24で覆ったことが異なっている。
【0046】
ポスト14の側端面と半導体素子11の端面は、同一の位置になっており、ポスト14の側端面の外側には樹脂は存在しない。
【0047】
図10に示したように、半導体素子11の上面は、従来と同様に絶縁層23が形成されている。半導体素子11の端面の外周全体を覆っている絶縁層24は、ポスト14側の部分に100〜200μmの幅で帯状に形成される。勿論、半導体素子11の端面のすべてを絶縁層24で覆っても良い。
【0048】
なお、図11では電極パッド12、再配線13及びはんだボール16を省略している。
【0049】
このようにすると、図12に示したように基板17に実装した場合、はんだボール16は溶融して、ポスト14の側端面にまではんだが形成され、はんだの接続強度が増加する。
【0050】
また、半導体素子11の端面を絶縁層24で覆ったため、はんだがポスト14の側端面に形成されてもはんだによる電気的ショートも発生しない。
【0051】
以上のように、第5の実施形態によれば、ポスト14の側端面と半導体素子11の端面を同一の位置にし、半導体素子11の端面を絶縁層24で覆ったので、第1の実施形態に比べて、更に端子の状態が見易くなり、基板実装後の目視によるはんだの濡れ性の確認が容易になるだけでなく、電気的ショートも発生することなく、はんだの接続強度を増すことができる。
【0052】
図13〜15は本発明の第5の実施形態の製造方法を示す断面図で、(a)〜(j)は各工程を示しているが、(a)〜(f)はウエハの一部のみを示している。
【0053】
まず、複数の半導体素子11を形成したウエハ20を準備する。
【0054】
図13の(a)においては、電極パッド12と酸化膜25を形成し、個片化ライン19の部分に深さ100〜200μmの溝26を形成する。
【0055】
(b)においては、電極パッド12の一部を除き溝26の中を含めてポリイミド等の樹脂で絶縁層27を形成する。酸化膜25上の絶縁層27は数μmの厚さで、後に図10に示した半導体素子11上の絶縁層23になる。また、溝26中の絶縁層27は同じく図10の半導体素子11の端面にむける絶縁層24になる。
【0056】
(c)においては、ウエハ全面即ち電極パッド12の一部と絶縁層27上に金属膜28を形成する。
【0057】
(d)においては、金属膜28上の必要な部分、即ち電極パッド12及び溝26の部分を含めた配線接続部分に再配線13を形成する。
【0058】
図14の(e)においては、再配線13上に溝26上を跨ぐように二つ分の大きさのポスト14を形成する。後にダイシングして隣接する半導体素子のポストとしても形成される。
【0059】
(f)においては、余分な金属膜28を除去する。
【0060】
図15の(g)においては、二つ分の大きさのポスト14を形成したウエハ20にポスト14の高さ以上に樹脂15を封止する。
【0061】
(h)においては、研磨剤21によって樹脂15の表面をポスト14の高さまで研削し、ポスト14の先端部を露出させる。
【0062】
(i)においては、露出したポスト14の先端部にはんだボール16が形成される。
【0063】
(j)においては、溝26上の隣接した半導体素子11に跨がるポスト14及びはんだボール16の部分の個片化ライン19で、切断刃22によってダイシングされ、半導体素子11毎に個片化される。
【0064】
上記のように、溝26内に絶縁層27を埋め込むことにより、半導体素子11の上面に絶縁層23を形成するときに同時に半導体素子11の端面の外周全体に絶縁層24を形成することができる。
【0065】
図16は本発明の第6の実施形態を示す断面図、図17はその一部拡大断面図である。
【0066】
第5の実施形態とは、ポスト14の最外側の側端面にはんだ部29を形成したのが異なるだけで、他は同じである。
【0067】
ポスト14の側端面にはんだ部29が形成されていると、基板実装時に、端子の側面にはんだがより容易に乗り易く、はんだの接続強度が更に増加する。
【0068】
また、半導体素子11の端面に絶縁層24を形成しているので、はんだによる電気的ショートが発生しないのも第5の実施形態と同じである。
【0069】
以上のように、第6の実施形態によれば、ポスト14の側端面にはんだ部29を形成したので、第5の実施形態の効果に加えて、更にはんだの接続強度が増し、はんだの接続信頼性の向上が期待できる。
【0070】
図18は本発明の第6の実施形態の製造方法を示す断面図で、(a)〜(c)は各工程を示している。
【0071】
(a)は、第5の実施形態の製造方法を示した図15の(j)において、ダイシングされた隣接する半導体素子11を示している。
【0072】
(b)においては、ダイシングされた隣接する半導体素子11間の間隙を開ける。通常、個片化されたウエハはテープにマウントされているので、このテープを図の矢印のように両側にエキスパンドすることにより半導体素子11間の間隙を大きく開けることができる。
【0073】
(c)においては、間隙を開けたそのままの状態で例えば約230℃の温度の炉に通してリフローを行う。するとポスト14の先端部にあったはんだボール16が溶けて一部がポスト14の側端面にはんだ部29を形成する。
【0074】
はんだボール16は、(b)においては半球を半分に切った形状であるが、(c)においてはポスト14の先端部で半球状のはんだボール16となる。この際、(b)においてははんだの量が多くなっているので、(c)においてはんだ部29を形成しても、はんだボール16は十分なはんだ量を有する大きさとなる。
【0075】
なお、絶縁層24は、図13において溝26中に埋め込まれた絶縁層27により形成されたもので、半導体素子11の外周全体に形成されている。
【0076】
上記のように、リフローすることによりポスト14の側端面にはんだ部29を簡単に形成することができる。
【0077】
上記した各実施形態の説明においては、ろう接用金属としてはんだを例にしたが、亜鉛合金、無鉛の錫合金等の金属を使用することができる。
【0078】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、半導体装置を基板に実装したときに、端子の状態が見易く、ろう接用金属の濡れ性を容易に確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す断面図
【図2】本発明の第2の実施形態を示す平面透視図
【図3】本発明の第3の実施形態を示す平面透視図
【図4】基板実装した状態を示す断面図
【図5】本発明の第4の実施形態を示す断面図
【図6】第4の実施形態を示す平面透視図
【図7】基板実装した状態を示す断面図
【図8】第4の実施形態の製造方法を示す断面図
【図9】本発明の第5の実施形態を示す断面図
【図10】第5の実施形態の一部拡大断面図
【図11】第5の実施形態の平面透視図
【図12】基板実装した状態を示す断面図
【図13】第5の実施形態の製造方法を示す断面図(その1)
【図14】第5の実施形態の製造方法を示す断面図(その2)
【図15】第5の実施形態の製造方法を示す断面図(その3)
【図16】本発明の第6の実施形態を示す断面図
【図17】第6の実施形態の一部拡大断面図
【図18】第6の実施形態の製造方法を示す断面図
【図19】従来の半導体装置の断面図
【図20】従来の基板実装した状態を示す断面図
【符号の説明】
11 半導体素子
12 電極パッド
13 再配線
14 ポスト
15 樹脂
16 はんだボール
17 基板
18 段差
19 個片化ライン
20 ウエハ
24 絶縁層
26 溝
27 絶縁層
29 はんだ部
Claims (5)
- 半導体素子と、
前記半導体素子の複数の電極パッドと、
前記電極パッドと接続された複数のポストと、
前記ポストの高さに封止した樹脂と、
前記ポストの先端部に形成されたろう接用金属バンプとを備え、
前記ポストの側端面は前記樹脂から露出し、前記ポストの側端面と前記半導体素子の端面が同一の位置に配置され、前記半導体素子の端面の少なくとも前記ポスト側の部分でかつ外周全体を絶縁層で覆ったことを特徴とする半導体装置。 - 前記絶縁層が100〜200μmの幅で形成されたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記ポストの側端面にろう接用金属部を形成したことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。
- 複数の半導体素子を形成したウエハを準備する工程と、
前記ウエハの個片化ライン部に溝を形成する工程と、
前記半導体素子の電極パッドの一部を除き前記溝の中を含めて絶縁層を形成する工程と、
前記溝部を含む前記絶縁層上に再配線を形成する工程と、
前記再配線上に前記溝上を跨ぐように二つ分の大きさのポストを形成する工程と、
前記ポストの高さに樹脂で封止する工程と、
前記ポストの先端部にろう接用金属バンプを形成する工程と、
前記溝における個片化ラインでダイシングする工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記ダイシングした隣接する半導体素子の間隙を開ける工程と、
前記間隙を開けたまま炉に通してリフローを行うことにより前記ポストの側端面にろう接用金属部を形成する工程と
を備えたことを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
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