JP4881337B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置に関し、特に、パッケージ基板上に半導体基板を有する半導体装置に関する。
近年、半導体装置を使用した電子機器、例えば携帯電話などは薄型化が求められている。そしてこの電子機器の薄型化の要求に対応すべく、係る電子機器に使用される半導体装置の実装面積を低減することが重要となってきている。そこで近年の半導体装置では、半導体装置の製造工程において半導体基板を研削して薄くし、あるいは、半導体基板等を封止する封止樹脂を薄くして実装面積の低減を図ることなどが行われている。
ここで、特許文献１には、図１３に示されているように、半導体装置の構造の例が示されている。図１３に係る半導体装置１３００は、ボール１３０１、このボール１３０１の上に配置された基板１３０２、この基板１３０２の上に配置された突起１３０３、係る突起１３０３を覆う樹脂１３０４、突起１３０３の上の配置されたチップ１３０５、そしてチップ１３０５、突起１３０３、樹脂１２０４を封止するエポキシ樹脂１３０６、からなる。特許文献１には、エポキシ樹脂１３０６とチップ１３０５とを直接接触させることにより、チップ１３０５が発する熱の排熱効果を高めることができる技術が記載されている。
また、特許文献２には、半導体装置の封止樹脂であるエポキシ樹脂の成分を調整する技術が記載されている。
特開２００２−０７６２０６ 特開平９−０４０７５６
半導体装置の製造工程においては、製造した半導体装置の製品番号や係る半導体装置を製造した会社名などを、所望の機能を実現するための回路が形成された半導体基板を封止する封止樹脂に刻む捺印を行う必要がある。この捺印は、赤外線レーザを封止樹脂に照射して製品番号や製造会社名を刻み付けることで行われる。しかし、上述したように、近年の半導体装置では封止樹脂の薄型化が進んできているため、照射した赤外線レーザが封止樹脂を透過し、回路が形成された半導体基板に達するという現象が発生する。そして半導体基板に照射された赤外線レーザの影響により、半導体装置が誤動作するという課題が発生する。本発明者は、捺印前は正しく動作していた半導体装置が、捺印後には誤動作したことを実験で確認している。以下は本発明者の見解であるが、赤外線レーザが半導体基板に照射されることにより半導体基板が発熱し、この発熱により半導体基板に形成された回路の配線が断線し、半導体装置が誤動作することが考えられる。
本発明に係る半導体装置はパッケージ基板と、パッケージ基板上に設けられた接続部と、接続部と対応して形成され接続部と電気的に接続される接続端子が形成された一主面を有するとともに一主面と対向する面に薄膜が形成された半導体基板と、接続部、半導体基板、及び薄膜を封止する封止樹脂と、を備え、薄膜は、封止樹脂が有する屈折率より低い屈折率を有することを特徴とする。捺印時、封止樹脂を透過した赤外線レーザを薄膜の界面で屈折させ、赤外線レーザの光路長を増加させることで、赤外線レーザによって生じる熱を半導体基板に伝わりにくくすることができる。
本発明に係る半導体装置では、捺印時に封止樹脂に照射する赤外線レーザの影響による半導体装置の誤動作を防止することができる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本実施の形態に係る半導体装置１００を示している。半導体装置１００は、実装基板１０１に実装されている。互いに離間して実装基板上に設けられた複数の半田ボール１０２は、実装基板１０１と、パッケージ基板１０３とを、実装基板１０１上に設けられた接続端子１０９及びパッケージ基板１０３の下面上に設けられた接続端子１１０を介して電気的に接続している。パッケージ基板１０３は、所望の動作を行う回路が形成された半導体基板１０６を配置するための基板であり、パッケージ基板の上面に設けられた接続端子１１１、互いに離間して設けられた複数の半田ボール１０４、半導体基板１０６の一主面に設けられた接続端子１１２、を介して半導体基板１０６と電気的に接続されている。またパッケージ基板１０３は、上述したように、接続端子１１０及び１０９、前記半田ボール１０２、を介して実装基板１０１とも電気的に接続されている。樹脂１０５は、半田ボール１０４を固定している。半導体基板１０６は、図１の下側の面、すなわち半田ボール１０４側の面（すなわち表面）に配線を有し、所望の動作を行う回路が形成されている。すなわち本実施の形態では、フリップチップ（ＦＣ）ＢＧＡ構造を採用している。この一主面と対向する面（すなわち裏面）には、薄膜１０７、例えばＳＩＯ２が形成されている。半導体基板１０６は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。なお、半導体基板１０６の厚さは、例えば１５０μｍである。薄膜１０７は、捺印時のレーザ光を屈折させるために設けられている。そしてパッケージ基板１０３上に、半田ボール１０４、樹脂１０５、半導体基板１０６、および薄膜１０７、等を封止する封止樹脂であるエポキシ樹脂１０８が設けられている。エポキシ樹脂１０８上に赤外線レーザが照射され、半導体装置１００の製品番号や製造会社名をエポキシ樹脂１０８上に刻む捺印が行われる。また、図２は、半導体基板１０６を上側から見た図である。図２に示されているように、薄膜１０７は半導体基板１０６の裏面の全体に設けられている。
ここで、薄膜１０７と捺印時の赤外線レーザとの関係を、図３を参照して説明する。図３は、半導体装置１００の内、半導体基板１０６と薄膜１０７であるＳＩＯ２と、エポキシ樹脂１０８の部分の断面を模式的に示したものである。図３に示されているように、捺印を行ってエポキシ樹脂１０８上に製品番号や会社名を刻むべく、エポキシ樹脂に１０８対して赤外線レーザが照射される。ここで、赤外線レーザは光であるため、屈折率の異なる媒質に入射する際に屈折する。エポキシ樹脂１０８の屈折率は例えば1.55から1.61程度である。従って、エポキシ樹脂１０８に入射したレーザ光は波長が短くなり、図３に示すような角度で屈折する。エポキシ樹脂１０８を通ってＳＩＯ２に入射するレーザ光は、再度、屈折する。ＳＩＯ２の屈折率は1.46程度であり、エポキシ樹脂１０８よりも屈折率が低い。そのため、エポキシ樹脂１０８内のレーザ光は、ＳＩＯ２内では波長が伸び、図３に示すように屈折する。
本実施の形態に係る半導体装置１００では、薄膜１０７であるＳＩＯ２が半導体基板１０６の裏面に設けられているため、エポキシ樹脂１０８を透過する赤外線レーザ光がＳＩＯ２界面で屈折し、ＳＩＯ２が設けられない場合よりも半導体基板に１０６に至るまでの赤外線レーザ光の光路長が長くなる。半導体基板１０６に至るまでの光路長が長くなることで、半導体基板１０６に伝導する熱が低減する。熱伝導は、固体の場合、固体を構成する原子の格子振動（フォノン）によってエネルギーが伝播してくことに基づく。レーザ光によってエポキシ樹脂１０８の原子が振動し、エネルギーとしての熱が発生する。そして係る原子の振動が半導体基板１０６側へと原子を介して伝わっていく。つまり、熱が伝播する。ここで、ＳＩＯ２を設けることでレーザ光を屈折させ、レーザの光路長を長くすることで、エネルギーの伝播経路が長くすることができる。半導体基板１０６に至るまでのエネルギーの伝播経路が長いほど、半導体基板１０６に達する振動、すなわちエネルギーは減衰するため、半導体基板１０６に生じる熱を低減させることができる。
なお、上述した実施の形態では、薄膜としてＳＩＯ２を例として説明したが、半導体基板１０６に至るまでの光路長を長くすることができる薄膜であれば他の材料を使用してもよい。すなわち、エポキシ樹脂１０８より屈折率が低い他の材料を用いることができる。エポキシ樹脂１０８より屈折率が低ければ、赤外線レーザは光路長が長くなる方向へ屈折するからである。また、単一の材料の薄膜１０７を用いるのではなく、屈折率の異なる複数の材料を積層してなる薄膜を使用してもよい。その場合は、エポキシ樹脂１０８の下に位置する第１の薄膜はエポキシ樹脂１０８より低い屈折率を有し、この第１の薄膜の下に位置する第２の薄膜は第１の薄膜よりもさらに低い屈折率を有するといった構造を採用することが考えられる。この構造を採用すれば、エポキシ樹脂１０８を通過した赤外線レーザ光は、その光路長がより長くなる。もちろん、第２の薄膜の下に、第２の薄膜よりも屈折率の低い第３の薄膜をさらに設け、レーザ光の光路長をさらに増加させてもよい。
また、レーザ光を屈折させるための薄膜１０７の厚さは、１０μｍ程度が望ましい。薄膜１０７が厚くなると、近年の半導体装置の実装面積を低減させるという要求に反することになり、あまりに薄膜１０７が薄すぎると、半導体基板１０６の裏面には均一に薄膜１０７をコーティングすることができないため、薄膜１０７が設けられない部分が半導体基板１０６の裏面上に生じてレーザ光の屈折を行えないことに繋がるからである。
次に、図４ないし図１２を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１００の製造方法を説明する。図４は、本実施の形態に係る半導体装置１００の製造方法を示したフローチャートである。半導体基板１０６を切り出す前の半導体ウエハに対して、所望の動作を実行する回路パターンを、半導体ウエハの表面に形成する（S４０１）。また、この際、接続端子１１２、互いに離間して設けられた複数の半田ボール１０４も形成されている。次に、係る半導体ウエハ５００の研削を行う（S４０２）。これは半導体装置全体の実装面積の低減を目的として行われるものであり、例えば厚さ５００μｍある半導体ウエハ５００を削り、１５０μｍの厚さにする。
半導体ウエハ５００の裏面を研削した後、赤外線レーザを屈折させるための薄膜１０７を半導体ウエハの裏面に形成する（S４０３）。図５は、半導体ウエハ５００を示しており、半導体ウエハ５００の裏面の全体に薄膜１０７、例えばSIO２が設けられている。薄膜１０７は、例えばスパッタを用いて半導体ウエハ５００の裏面全体に形成される。
次に半導体ウエハのダイシングを行い、半導体基板１０６を切り出す。
そして切り出した半導体基板１０６をパッケージ基板１０３の上にマウントする（S４０６）。この際の様子は、図６に示されている。回路が形成された面に位置する複数の半田ボール１０４をパッケージ基板１０３に載せる。このステップの段階で、パッケージ基板１０３全体には、図７に示されているように、複数の半導体基板１０６が存在している。
次にパッケージ基板１０３に載せられた半導体基板１０６に対して熱処理を行い、半田ボール１０４と、接続端子１１１との密着性を良好なものとする。（S４０７）
そして係る熱処理によって生じた不純物を除去するための洗浄を行った後（S４０７）、半田ボール１０５を埋める樹脂１０５を注入する（S４０８）。この際の半導体装置の様子は図８に示されている。
その後ベークを行って樹脂１０５を固め、半田ボール１０４を固定する（S４１０）。
さらにエポキシ樹脂１０８で半導体基板１０６等を封止した後（S４１０）、捺印を行う（S４１１）。この際の半導体装置の様子は、図９および図１０に示されている。赤外線レーザがエポキシ樹脂１０８に照射され、捺印が行われる。この際、薄膜１０７によって赤外線レーザが屈折し、係る赤外線レーザの光路長が増加する。光路長の増加によって、半導体基板１０６に形成された回路の熱による破壊を防止することができる。
次に、エポキシ樹脂１０８に生じた不純物を除去した後（S４１２）、互いに離間して設けられた半田ボール１０２にパッケージ基板１０３を載せる（S４１３）。このときの半導体装置の様子は図１１に示されている。そして熱処理を行い、半田ボール１０２と、接続端子１１０の密着性を高める（S４１４）。
さらにここまでのプロセスで形成された半導体装置を個別に切り出すため（Ｓ415）、パッケージ基板１０３を切断する。この様子は図１２に示されている。切り出された各半導体装置の動作を最後にチェックし、選別する（Ｓ416）。
切り出された半導体装置を顧客が実装基板１０１に実装することで、本実施の形態に係る半導体装置１００が製造される。また、以上の説明は実施の形態であり、本発明の権利範囲が本実施の形態に限定されて解釈されてはならない。
なお、本発明は、以下の構成についても開示されている。
（１）
パッケージ基板と、
前記パッケージ基板上に設けられた接続部と、
前記接続部と対応して形成され前記接続部と電気的に接続される接続端子が形成された一主面を有するとともに前記一主面と対向する面に薄膜が形成された半導体基板と、
前記接続部、前記半導体基板、及び前記薄膜を封止する封止樹脂と、
を備え、
前記薄膜は、前記封止樹脂が有する屈折率より低い屈折率を有することを特徴とする半導体装置。
（２）
前記薄膜は、第１薄膜および前記第１薄膜の下方に位置し、前記第１薄膜と異なる屈折率を有する第２薄膜を含むことを特徴とする上記（１）に記載の半導体装置。
（３）
前記第２薄膜が有する屈折率は、前記第１薄膜が有する屈折率より低いことを特徴とする上記（２）に記載の半導体装置。
（４）
前記接続部は第１接続部であって、前記第１接続部が設けられた前記パッケージ基板上の面と対向する面に、他の装置と前記パッケージ基板との電気的な接続に用いる第２接続部をさらに有することを特徴とする上記（１）に記載の半導体装置。
（５）
前記第１接続部は、互いに離間して設けられた複数の半田ボールであることを特徴とする上記（４）に記載の半導体装置。
（６）
前記第２接続部は、互いに離間して設けられた複数の半田ボールであることを特徴とする上記（４）に記載の半導体装置。
（７）
前記第２接続部と電気的に接続された実装基板をさらに有することを特徴とする上記（４）に記載の半導体装置。
（８）
前記パッケージ基板と前記半導体基板の間に設けられ、前記複数の半田ボールを覆う樹脂をさらに有することを特徴とする上記（５）に記載の半導体装置。
（９）
前記封止樹脂はエポキシ樹脂であり、前記薄膜は、ＳＩＯ ２ であることを特徴とする上記（１）に記載の半導体装置。
（１０）
パッケージ基板と、
前記パッケージ基板上に設けられた接続部と、
前記接続部と対応して形成され前記接続部と電気的に接続される接続端子が形成された一主面を有するとともに前記一主面と対向する面に薄膜が形成された半導体基板と、
前記接続部、前記半導体基板、及び前記薄膜を封止する封止樹脂と、
を備え、
前記薄膜は、前記封止樹脂に照射されるとともに前記封止樹脂を透過する光の光路長を増加させることを特徴とする半導体装置。
本実施の形態に係る半導体装置を示した図である。 本実施の形態に係る半導体装置の半導体基板を上面図である。 赤外線レーザ光の屈折について示した図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 半導体ウエハの裏面に形成された薄膜の様子を示した図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造過程を示す図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造過程を示す図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造過程を示す図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造過程を示す図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造過程を示す図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造過程を示す図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造過程を示す図である。 従来の半導体装置を示す図である。
符号の説明
１００ 半導体装置
１０１ 実装基板
１０２ 半田ボール
１０３ パッケージ基板
１０４ 半田ボール
１０５ 樹脂
１０６ 半導体基板
１０７ 薄膜
１０８ エポキシ樹脂
１０９ 接続端子
１１０ 接続端子
１１１ 接続端子
１１２ 接続端子
５００ 半導体ウエハ

Claims (7)

  1. パッケージ基板と、
    前記パッケージ基板上に設けられた第１接続部と、
    前記第１接続部が設けられた前記パッケージ基板上の面と対向する面に設けられた第２接続部と、
    前記第１接続部と対応して形成され前記第１接続部と接続される接続端子が形成された一主面を有するとともに前記一主面と対向する面に第１薄膜及び前記第１薄膜の下方に積層された第２薄膜が形成された半導体基板と、
    前記第１接続部、前記半導体基板、及び前記第１及び第２薄膜を封止すると共に、捺印が刻まれている封止樹脂と、
    を備え、
    前記第１薄膜は、前記封止樹脂が有する屈折率より低い屈折率を有し、前記第２薄膜は前記第１薄膜が有する屈折率より更に低い屈折率を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記第２接続部は他の装置と前記パッケージ基板との接続に用いられることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記第１接続部は、互いに離間して設けられた複数の半田ボールであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  4. 前記第２接続部は、互いに離間して設けられた複数の半田ボールであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  5. 前記第２接続部と接続された実装基板をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  6. 前記パッケージ基板と前記半導体基板の間に設けられ、前記複数の半田ボールを覆う樹脂をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
  7. 前記封止樹脂はエポキシ樹脂であり、前記第１薄膜又は第２薄膜は、ＳＩＯ２ を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
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