JP4354109B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、半導体装置のパッケージの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来のボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）型の半導体装置の構造を概略的に示す断面図である。ＢＧＡ型の半導体装置は、金属バンプ（ハンダ・ボール）５２が絶縁基材５１の下面に配列されているので、小型化が可能であり、しかもピン型のパッケージに比べ丈夫で扱い易い等の利点がある。この半導体装置においては、導電体（メタル箔）５３及び導電体５４，５５を備えた絶縁基材５１の下面に金属バンプ（外部電極）５２が配列されており、絶縁基材５１の下面はソルダーレジスト５６で被覆されている。絶縁基材５１の上面には接着剤５７により半導体素子５８が接合されており、半導体素子５８の電極部５９と導電体５３とは金属配線６０で接続されており、その上を絶縁樹脂６１で覆っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のＢＧＡ型の半導体装置においては、絶縁基材５１の下面の配線をソルダーレジスト５６で被覆する構造を持つので、ソルダーレジスト５６の接着強度が十分でない場合に、ソルダーレジスト５６が剥離して、半導体装置の性能の信頼性を低下させるおそれがあるという問題があった。
【０００４】
また、上記したＢＧＡ型の半導体装置においては、絶縁基材５１として予め導電耐５３，５４，５５、ソルダーレジスト５６、及び金属バンプ５２を備えたものを用いるので、製品のコストが高くなるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記したような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、小型化が可能で、丈夫で扱い易いやすいというＢＧＡ型の半導体装置の持つ利点を備えつつ、構造が単純で低価格であり、しかも信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る半導体装置は、絶縁基材と、上記絶縁基材上に備えられた熱可塑性樹脂と、電極部を有し、上記熱可塑性樹脂により上記絶縁基材に固定された半導体素子と、上記熱可塑性樹脂及び上記絶縁基材を貫通し、一端が上記半導体素子の電極部に接合され、他端が上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記絶縁基材に埋められた金属球部である金属配線と、上記金属配線を上記絶縁基材の上記半導体素子を備えた側において封止する封止樹脂と、上記金属球部に接続された金属バンプとを有することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に係る半導体装置は、上記絶縁基材がテープ状基板であることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に係る半導体装置は、上記絶縁基材が紫外線硬化性基板であることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に係る半導体装置は、上記絶縁基材が綿不織布基板であることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５に係る半導体装置の製造方法は、絶縁基材上に熱可塑性樹脂を塗布する工程と、上記熱可塑性樹脂上に半導体素子を接合する工程と、金属配線を保持したキャピラリーを上記熱可塑性樹脂及び上記絶縁基材に突き刺して貫通させ、上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記金属配線の先端に金属球部を形成し、上記キャピラリーを上記絶縁基材及び上記熱可塑性樹脂から引き抜くことによって上記金属配線の先端の金属球部を上記絶縁基材内で停止させて埋め込む工程と、上記キャピラリーを上記半導体素子の電極に圧着させることによって、上記金属配線を上記半導体素子の電極に接合して切断する工程と、上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記金属球部に接続される金属バンプを取付ける工程とを有することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６に係る半導体装置の製造方法は、紫外線硬化性の絶縁基材上に熱可塑性樹脂を塗布する工程と、上記熱可塑性樹脂上に半導体素子を接合する工程と、金属配線を保持したキャピラリーを上記熱可塑性樹脂及び上記絶縁基材に突き刺して貫通させ、上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記金属配線の先端に金属球部を形成し、上記キャピラリーを上記絶縁基材及び上記熱可塑性樹脂から引き抜くことによって上記金属配線の先端の金属球部を上記絶縁基材内で停止させて埋め込む工程と、上記キャピラリーを上記半導体素子の電極に圧着させることによって、上記金属配線を上記半導体素子の電極に接合して切断する工程と、上記絶縁基材に紫外線を照射する工程と、上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記金属球部に接続される金属バンプを取付ける工程とを有することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項７に係る半導体装置の製造方法は、綿不織布からなる絶縁基材上に熱可塑性樹脂を塗布する工程と、上記熱可塑性樹脂上に半導体素子を接合する工程と、金属配線を保持したキャピラリーを上記熱可塑性樹脂及び上記絶縁基材に突き刺して貫通させ、上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記金属配線の先端に金属球部を形成し、上記キャピラリーを上記絶縁基材及び上記熱可塑性樹脂から引き抜くことによって上記金属配線の先端の金属球部を上記絶縁基材内で停止させて埋め込む工程と、上記キャピラリーを上記半導体素子の電極に圧着させることによって、上記金属配線を上記半導体素子の電極に接合して切断する工程と、上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記金属球部に接続される金属バンプを取付ける工程とを有することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項８に係る半導体装置の製造方法は、上記キャピラリーを上記熱可塑性樹脂及び上記絶縁基材に突き刺して貫通させる工程を、ヒートステージで上記熱可塑性樹脂を加熱しながら行うことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項９に係る半導体装置の製造方法は、上記金属配線の先端に金属球部を形成する工程を、電気トーチとの間のスパークによる熱を利用して行うことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置（又は実施の形態１の製造方法により製造された半導体装置）の構成を概略的に示す断面図である。図１に示されるように、実施の形態１の半導体装置は、シート状の絶縁基材１と、この絶縁基材１上に塗布された熱可塑性樹脂２と、この熱可塑性樹脂２により絶縁基材１に固定された半導体素子３と、熱可塑性樹脂２及び絶縁基材１を貫通するＡｕ等からなる金属配線４とを有する。金属配線４の一端４ａは、半導体素子３の電極部３ａに接合され、他端は絶縁基材１の半導体素子３の備えられていない側（下面）において絶縁基材１に埋められた金属球部４ｂである。また、実施の形態１の半導体装置は、金属配線４を絶縁基材１の半導体素子３を備えた側において封止する絶縁体からなる封止樹脂５と、金属球部４ｂに接続された金属バンプ（外部電極）６とを有する。金属バンプ６は、例えば、ハンダ・ボールである。
【００１６】
図２から図６まではそれぞれ、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程図（その１〜その５）である。ここで、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）はＳ2−Ｓ2線断面図、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＳ3−Ｓ3線断面図、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はＳ4−Ｓ4線断面図、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）はＳ5−Ｓ5線断面図、図６（ａ）は下面図、図６（ｂ）はＳ6−Ｓ6線断面図である。また、図７（ａ）から（ｆ）までは図４における金属配線の製作手順を示す工程図である。
【００１７】
以下、図２から図７までに基づいて、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明する。先ず、図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、リール（図示せず）に巻かれたテープ状の絶縁基材１を引き出し、その上に熱可塑性樹脂２を塗布し、次に、図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、熱可塑性樹脂２上に半導体素子３を熱圧着接合する。
【００１８】
次に、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、金属配線４を取付ける。図４の工程はヒートステージ１２上で熱硬化性樹脂２を軟化させた状態で行う。この工程は以下の手順による。先ず、図７（ａ）に示されるように、金属配線４を保持したキャピラリー１１を、図７（ｂ）に示されるように、熱可塑性樹脂２及び絶縁基材１に突き刺して貫通させる。次に、図７（ｃ）に示されるように、絶縁基材１の半導体素子３の備えられていない側において電気トーチ１３との間のスパークにより金属配線４の先端に金属球部４ｂを形成する。次に、図７（ｄ）に示されるように、キャピラリー１１を絶縁基材１及び熱可塑性樹脂２から引き抜くことによって金属配線４の先端の金属球部４ｂを絶縁基材１に引っ掛けて埋め込ませる。次に、図７（ｅ）に示されるように、キャピラリー１１を半導体素子３の電極３ａに圧着させることによって、金属配線４を半導体素子３の電極３ａに接合して切断する。
【００１９】
次に、図５（ａ）及び（ｂ）に示されるように、絶縁性の封止樹脂５により金属配線４を絶縁基材１の半導体素子３を備えた側において封止し、図６（ａ）及び（ｂ）に示されるように、金属球部４ｂに接続された金属バンプ６を絶縁基材１の裏面に取付ける。次に、絶縁基材１１上に形成された複数の素子を、個片カットにより分割することによって、図１に示されるような半導体装置が完成する。
【００２０】
以上説明したように、実施の形態１に係る半導体装置によれば、絶縁基材１の下面に外部電極としての金属バンプ６を備えているので小型化が可能であり、また、金属バンプ６がピン状ではないので、丈夫で扱い易いやすいという利点がある。また、実施の形態１の半導体装置は、ＢＧＡ型の半導体装置に比べ、構造が単純であり、その結果、低価格化が可能であり、しかもソルダーレジストによる被覆が不要であるのでソルダーレジストの剥離に伴う半導体装置の性能の信頼性の低下のおそれがないという利点がある。さらに、構造が単純であり、封止樹脂５が耐リフロー性に優れているという利点もある。
【００２１】
さらに、実施の形態１に係る製造方法は、テープ状の絶縁基材１上に収まるいかなるチップサイズの半導体素子３にも適用できるという利点がある。また、いかなる半導体素子チップについても同じ絶縁基材１を使用できるという利点がある。さらにまた、例えば、リールに巻かれたテープ状の絶縁基基材１を引き出して、半導体素子３の取付け、金属配線４の形成、樹脂５による封止、ハンダ印刷による金属バンプ６の形成等の工程を一貫して行うことができるので、組立て工数を削減できるという利点もある。また、絶縁基材１の側片ではなく、下面に電極を形成するので、多数の金属バンプ６を製作できる（即ち、多ピン化が容易である）という利点がある。
【００２２】
実施の形態２
図８は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置（又は実施の形態１の製造方法により製造された半導体装置）の構成を概略的に示す断面図である。実施の形態２の半導体装置は、絶縁基材として紫外線（ＵＶ）硬化性の絶縁基材２１を使用した点のみが、上記実施の形態１の半導体装置と相違する。実施の形態２の半導体装置の製造に際しては、キャピラリーを絶縁基材２１に突き刺す工程の後に、絶縁基材２１に紫外線を照射を照射する工程を有する。このような手順により、キャピラリーを突き刺すときの絶縁基材２１の裂けを防止できる。尚、実施の形態２において、上記以外の点は、上記実施の形態１と同一である。
【００２３】
実施の形態３
図９は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置（又は実施の形態１の製造方法により製造された半導体装置）の構成を概略的に示す断面図である。実施の形態３の半導体装置は、絶縁基材として綿不織布製の絶縁基材２２を使用した点のみが、上記実施の形態１の半導体装置と相違する。綿不織布製の絶縁基材２２を用いた場合には、熱可塑性樹脂２は、綿不織布内に染み込むようになり、図９に示すように一体の層を形成する。綿不織布の絶縁基材２２としては、例えば、旭化成社製のベンリーゼ（商品名）が好適である。この材質は、炭化温度が２６０℃から３００℃であり、熱可塑性樹脂の形成温度である１８０℃には十分に耐えられる。実施の形態３に係る半導体装置の製造に際しては、キャピラリーを絶縁基材１１に突き刺す工程に際して、絶縁基材２２を加熱することによって、キャピラリーを突き刺すときの絶縁基材２２の裂けを防止できる。また、綿不織布を用いることによって、製品価格を下げることができる。尚、実施の形態３において、上記以外の点は、上記実施の形態１と同一である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１から４までの半導体装置によれば、絶縁基材の下面に外部電極としての金属バンプを備えているので小型化が可能であり、また、金属バンプがピン状ではないので、丈夫で扱い易いやすいという利点がある。また、ＢＧＡ型の半導体装置に比べ、構造が単純であり、その結果、低価格化が可能であり、しかもソルダーレジストによる被覆が不要であるのでソルダーレジストの剥離に伴う半導体装置の性能の信頼性の低下のおそれがないという利点がある。さらに、構造が単純であり、半導体素子上に備えられた封止樹脂が耐リフロー性に優れているという利点もある。
【００２５】
また、請求項５から９までの製造方法は、テープ状の絶縁基材上に収まるいかなるチップサイズの半導体素子にも適用できるという利点がある。また、いかなる半導体素子チップについても同じ絶縁基板を使用できるという利点がある。さらにまた、例えば、リールに巻かれたテープ状の絶縁基板を引き出して、半導体素子の接着、金属配線の形成、樹脂による封止、はんだ印刷による金属バンプの形成等の工程を一貫して行うことができるので、組立て工数を削減できるという利点もある。また、多数の金属バンプを製作できる（即ち、多ピン化が容易である）という利点がある。
【００２６】
さらに、請求項６の製造方法によれば、キャピラリーを絶縁基材に突き刺す工程の後に、絶縁基材に紫外線を照射を照射する工程を有するので、キャピラリーを突き刺すときの絶縁基材の裂けを防止できるという利点がある。
【００２７】
さらにまた、請求項７の製造方法によれば、綿不織布を用いることによって、製品価格を下げることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程図（その１）であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＳ2−Ｓ2線断面図である。
【図３】 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程図（その２）であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＳ3−Ｓ3線断面図である。
【図４】 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程図（その３）であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＳ4−Ｓ4線断面図である。
【図５】 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程図（その４）であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＳ5−Ｓ5線断面図である。
【図６】 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程図（その５）であり、（ａ）は下面図、（ｂ）はＳ6−Ｓ6線断面図である。
【図７】 （ａ）から（ｆ）までは図４における金属配線の製作手順を示す工程図である。
【図８】 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１０】 従来の半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１，２１，２２ 絶縁基材、 ２ 熱可塑性樹脂、 ３ 半導体素子、 ３ａ電極部、 ４ 金属配線、 ４ａ 金属配線の一端、 ４ｂ 金属球部、 ５封止樹脂、 ６ 金属バンプ（外部電極）。

Claims (9)

  1. 絶縁基材と、
    上記絶縁基材上に備えられた熱可塑性樹脂と、
    電極部を有し、上記熱可塑性樹脂により上記絶縁基材に固定された半導体素子と、
    上記熱可塑性樹脂及び上記絶縁基材を貫通し、一端が上記半導体素子の電極部に接合され、他端が上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記絶縁基材に埋められた金属球部である金属配線と、
    上記金属配線を上記絶縁基材の上記半導体素子を備えた側において封止する封止樹脂と、
    上記金属球部に接続された金属バンプと
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 上記絶縁基材がテープ状基板であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 上記絶縁基材が紫外線硬化性基板であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の半導体装置。
  4. 上記絶縁基材が綿不織布基板であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 絶縁基材上に熱可塑性樹脂を塗布する工程と、
    上記熱可塑性樹脂上に半導体素子を接合する工程と、
    金属配線を保持したキャピラリーを上記熱可塑性樹脂及び上記絶縁基材に突き刺して貫通させ、上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記金属配線の先端に金属球部を形成し、上記キャピラリーを上記絶縁基材及び上記熱可塑性樹脂から引き抜くことによって上記金属配線の先端の金属球部を上記絶縁基材内で停止させて埋め込む工程と、
    上記キャピラリーを上記半導体素子の電極に圧着させることによって、上記金属配線を上記半導体素子の電極に接合して切断する工程と、
    上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記金属球部に接続される金属バンプを取付ける工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 紫外線硬化性の絶縁基材上に熱可塑性樹脂を塗布する工程と、
    上記熱可塑性樹脂上に半導体素子を接合する工程と、
    金属配線を保持したキャピラリーを上記熱可塑性樹脂及び上記絶縁基材に突き刺して貫通させ、上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記金属配線の先端に金属球部を形成し、上記キャピラリーを上記絶縁基材及び上記熱可塑性樹脂から引き抜くことによって上記金属配線の先端の金属球部を上記絶縁基材内で停止させて埋め込む工程と、
    上記キャピラリーを上記半導体素子の電極に圧着させることによって、上記金属配線を上記半導体素子の電極に接合して切断する工程と、
    上記絶縁基材に紫外線を照射する工程と、
    上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記金属球部に接続される金属バンプを取付ける工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 綿不織布からなる絶縁基材上に熱可塑性樹脂を塗布する工程と、
    上記熱可塑性樹脂上に半導体素子を接合する工程と、
    金属配線を保持したキャピラリーを上記熱可塑性樹脂及び上記絶縁基材に突き刺して貫通させ、上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記金属配線の先端に金属球部を形成し、上記キャピラリーを上記絶縁基材及び上記熱可塑性樹脂から引き抜くことによって上記金属配線の先端の金属球部を上記絶縁基材内で停止させて埋め込む工程と、
    上記キャピラリーを上記半導体素子の電極に圧着させることによって、上記金属配線を上記半導体素子の電極に接合して切断する工程と、
    上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側において上記金属球部に接続される金属バンプを取付ける工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 上記キャピラリーを上記熱可塑性樹脂及び上記絶縁基材に突き刺して貫通させる工程を、ヒートステージで上記熱可塑性樹脂を加熱しながら行うことを特徴とする請求項５から７までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  9. 上記金属配線の先端に金属球部を形成する工程を、電気トーチとの間のスパークによる熱を利用して行うことを特徴とする請求項５から８までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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