JP4903014B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関するものであり、特に、半導体装置がいわゆるウエーハレベルＣＳＰである半導体装置に関するものである。
昨今、半導体装置の一形態として、ウエーハレベルＣＳＰ（Chip Scale（またはSize）Package）、あるいはワイヤーレスＣＳＰと呼ばれている新しい形態の半導体装置が用いられている。
このウエーハレベルＣＳＰは、一側面に複数の電極を設けた半導体チップと、この半導体チップの電極配設面側に重ね合わせて設けた樹脂層とで構成した半導体装置であって、多くの場合において、ウエーハレベルＣＳＰは、従来のパッケージと呼ばれる収容容器に収容されることなく実装基板に直接的に実装され、その後、モールド樹脂などで半導体チップ部分を樹脂封止しているものである。
特に、樹脂層には主に銅製のポストを埋設するとともに、このポストを半導体チップの電極と電気的に接続させる再配線を埋設しており、ポストには半田端子を装着し、この半田端子を介して実装基板に設けられた端子と電気的に接続している。
さらに、樹脂層と実装基板との間の間隙にはアンダーフィル材を充填し、このアンダーフィル材で半田端子を封止するとともに、ウエーハレベルＣＳＰを実装基板に強固に装着している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−３１９６５６号公報
しかしながら、アンダーフィル材を介してウエーハレベルＣＳＰを実装基板に装着した場合には、アンダーフィル材の硬化時における収縮によって、図８に示すように、アンダーフィル材300に接触している樹脂層200に収縮の応力Ｆが作用し、樹脂層200が半導体チップ100から剥離することによって半導体チップ100と樹脂層200との間で断線を生じさせたり、あるいは半導体チップ100自体が破壊されたりする場合があるという問題があった。図８中、400は半田端子、500は実装基板である。
本発明者はこのような現状に鑑み、アンダーフィル材の硬化にともなって樹脂層200に作用する応力によって、半導体チップ100から樹脂層200が剥離することを防止すべく研究開発を行って、本発明を成すに至ったものである。
本発明の半導体装置では、一側面に複数の電極を設けた半導体チップと、電極が形成されている半導体チップの電極配設面に重ね合わせて設けた樹脂層を備え、この樹脂層の表面を装着面としてアンダーフィル材を介して実装基板に装着される半導体装置において、樹脂層の装着面の外側縁に沿ってのみ溝を設け、当該溝により前記装着面を複数の面に分断した。
さらに、以下の点にも特徴を有するものである。すなわち、
（１）樹脂層には半田端子がそれぞれ接続される金属製のポストを複数設け、溝は樹脂層の外側縁に沿って外側縁とポストとの間に設けたこと。
（２）半導体チップ及び樹脂層は平面視矩形形状とし、溝は矩形形状の樹脂層の４つの外周縁のうち、隣り合った２つの外周縁に沿って設けたこと。
（３）溝は装着面に対して所定の角度に傾斜させたこと。
（４）溝は幅方向に沿って深さの異ならせた段差を有すること。
請求項１記載の発明によれば、一側面に複数の電極を設けた半導体チップと、電極が形成されている半導体チップの電極配設面に重ね合わせて設けた樹脂層を備え、この樹脂層の表面を装着面としてアンダーフィル材を介して実装基板に装着される半導体装置において、樹脂層の装着面の外側縁に沿ってのみ溝を設け、当該溝により前記装着面を複数の面に分断したことによって、アンダーフィル材の硬化にともなって樹脂層に作用する応力を溝で緩和させることができ、樹脂層が半導体チップから剥離することによって半導体チップと樹脂層との間で断線を生じさせたり、あるいは、半導体チップ自体が破壊されたりすることを防止できる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の半導体装置において、樹脂層には半田端子がそれぞれ接続される金属製のポストを複数設け、溝は樹脂層の外側縁に沿って外側縁とポストとの間に設けたことによって、アンダーフィル材の硬化にともなって樹脂層に作用する応力で仮に半導体チップから樹脂層が剥離しても、溝部分を越えて剥離が進行することを抑制して、機能的な部分での損傷を受けることを防止できる。また、アンダーフィル材と樹脂層との密着性の向上を図ることができる。
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の半導体装置において、半導体チップ及び樹脂層は平面視矩形形状とし、溝は矩形形状の樹脂層の４つの外周縁のうち、隣り合った２つの外周縁に沿って設けたことによって、必要最小限の配設数として溝形成のための負担をできるだけ小さくしながら、半導体チップと樹脂層との間で断線を生じさせたり、あるいは、半導体チップ自体が破壊されたりすることを防止できる。
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置において、溝は装着面に対して所定の角度に傾斜させたことによって、アンダーフィル材の硬化にともなって樹脂層に作用する応力をより緩和させることができ、樹脂層が半導体チップから剥離することによって半導体チップと樹脂層との間で断線を生じさせたり、あるいは、半導体チップ自体が破壊されたりすることを確実に防止できる。
請求項５記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置において、溝は幅方向に沿って深さの異ならせた段差を有することによって、アンダーフィル材の硬化にともなって樹脂層に作用する応力をより緩和させることができ、樹脂層が半導体チップから剥離することによって半導体チップと樹脂層との間で断線を生じさせたり、あるいは、半導体チップ自体が破壊されたりすることを確実に防止できる。
本発明の半導体装置は、ウエーハレベルＣＳＰと呼ばれる半導体装置であって、一側面に複数の電極を設けた半導体チップと、電極が形成されている半導体チップの電極配設面に重ね合わせて設けた樹脂層を備えており、樹脂層の表面を装着面としてアンダーフィル材を介して実装基板に装着しているものである。
そして、樹脂層の装着面には、この装着面を複数の面に分断する溝を設けており、この溝によってアンダーフィル材の硬化にともなって樹脂層に応力が作用した際に応力の緩和を図ることができ、樹脂層が半導体チップから剥離することによって半導体チップと樹脂層との間で断線を生じさせたり、あるいは、半導体チップ自体が破壊されたりすることを防止できる。
以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。図１は、本実施形態の半導体装置Ａの概略模式図であって、（ａ）は底面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
本実施形態の半導体装置Ａは、一側面に複数の電極11を設けた半導体チップ10と、電極11が形成されている半導体チップの電極配設面12に重ね合わせて設けた樹脂層20とで構成している。
樹脂層20には、銅製のポスト21を埋設するとともに、このポスト21を半導体チップ10の電極11と電気的に接続させる銅配線で構成した再配線22を埋設している。さらに、本実施形態では、各ポスト21にそれぞれ半田ボールを装着して半田端子30を配設している。
樹脂層20の表面は、アンダーフィル材を介して所要の実装基板に装着する際の装着面となっており、樹脂層20の装着面には、この装着面を複数の面に分断する溝23を設けている。図１では、樹脂層20の装着面を溝23によって９分割している。ここで、実装基板とは、一般的なガラスエポキシ基板で形成された実装基板の場合だけでなく、半導体装置Ａを密封するために用いるパッケージの場合も含むものである。
このように、樹脂層20の装着面には溝23を設けることによって、アンダーフィル材の硬化にともなって樹脂層に応力が作用した際に、溝23で応力を分散させて応力の緩和を図ることができるので、樹脂層20が半導体チップ10から剥離すること抑止できる。したがって、半導体チップ10からの樹脂層20の剥離に起因した半導体チップ10と樹脂層20との間で断線や、あるいは、半導体チップ10自体が破壊されることを防止できる。
溝23は、図１（ａ）に示すように、平面視矩形形状となった樹脂層20の外側縁24とポスト21との間であって、外側縁24に沿って設けることが望ましい。
このように、溝23は、できるだけ外側縁24寄りに設けることによって、アンダーフィル材の硬化にともなって樹脂層に応力が作用した際に最も大きな応力が作用することとなる樹脂層20の外側縁24部分の応力を緩和させやすくすることができる。しかも、仮に樹脂層に作用する応力で樹脂層20が半導体チップ10から剥離しても、溝23部分で樹脂層20が薄肉状となって撓みやすくなっていることにより応力を大きく緩和させることができるので、溝23を越えて剥離が進行することを抑制して、半導体チップ10の電極11と樹脂層20の再配線22との間での断線が生じることを防止して、機能的な部分での損傷を受けることを防止できる。
また、樹脂層20では溝23を設けたことによってアンダーフィル材と接触する接触面積を増大させることができるとともに、溝23部分に侵入したアンダーフィル材がアンカーとして機能することにより、アンダーフィル材と樹脂層20との密着性の向上を図ることができる。
樹脂層20における溝23の形成は、本実施形態では各半導体チップの製造工程におけるウエーハから各半導体チップを切断分離する際に使用するダイシング装置を使用しておこなっており、切り込み深さを調整しながら溝23を形成している。
溝23は、図１（ａ）に示すように、平面視矩形形状となった樹脂層20の４つの外側縁24にそれぞれ沿って設けてもよいし、図２に示すように、４つの外周縁24のうち、隣り合った２つの外周縁24に沿って設けてもよい。
すなわち、通常、アンダーフィル材を塗布する際には、半導体装置Ａを実装基板に装着した後に、半導体装置Ａの隣り合った２つの外周縁に沿ってディスペンサによってアンダーフィル材を塗布し、アンダーフィル材の表面張力、すなわち毛細管現象を利用して樹脂層20と実装基板との間にアンダーフィル材を濡れ広がせて充填しており、アンダーフィル材の塗布部分では、十分な量のアンダーフィル材が存在することによりアンダーフィル材の硬化後に大きな応力が生じないが、濡れ広がり先部分ではアンダーフィル材の量が少なく、しかも、アンダーフィル材の硬化時にアンダーフィル材はアンダーフィル材の塗布部分側に引っ張られるように収縮しながら硬化するために、濡れ広がり先部分で最も大きな応力が作用することとなっている。
したがって、濡れ広がり先部分となる樹脂層20の隣り合った２つの外周縁24に沿って溝23を設けておくだけで、最も効果的に応力を緩和することができる。しかも、溝23の形成量を半分とすることができるので、溝23の形成の作業時間を半減させることができ、作業効率の向上を図ることができる。
他の実施形態として、溝23はダイシング装置で形成する場合だけでなく、レーザーカットによって形成することもできる。
特に、レーザーカットで樹脂層20に溝23を形成する場合には、図３に示すように、樹脂層20の装着面に対して所定の角度θに傾斜させて形成してもよい。このように、装着面に対して傾斜した溝を形成することによって、樹脂層20の外周縁24部分を撓ませやすくすることができ、応力の緩和機能を向上させることができる。
本実施形態では、溝23は樹脂層20の中央側に傾倒させた傾斜状態としているが、逆に樹脂層20の外側に向けて傾倒させた傾斜状態としてもよい。この場合には、溝23よりも内側の樹脂層20を撓ませやすくすることができ、応力の緩和機能を向上させることができる。
また、他の実施形態として、図４に示すように、樹脂層20には、幅方向に沿って深さの異ならせた段差25を設けた溝23'を形成してもよい。特に、図４に示す実施形態では、最初にダイシングに用いるダイヤモンドカッターで所定幅の第１の溝23'-1を形成し、次いで、この第１の溝23'-1の幅寸法よりも小さい幅寸法とした第２の溝23'-2を第１の溝23'-1の中央に形成して段差25を形成している。
このように段差25を設けた場合には、溝23'内にアンダーフィル材を充填させやすくすることができ、アンダーフィル材と樹脂層20との密着性の向上を図ることができる。しかも、アンダーフィル材の充填時に空気の噛み込みを防止しやすくすることができる。
なお、第２の溝23'-2は、第１の溝23'-1の中央に形成する場合だけでなく、図５に示すように、外周縁24側に寄せて形成してもよい。
あるいは、可能であれば、図６に示すように、樹脂層20には、深さ方向に沿って漸次細幅としたテーパ状の溝23"を設けてもよい。このように溝23"をテーパ形状に形成することにより、アンダーフィル材の充填時に円滑に充填させることができるので、空気の噛み込みを防止しやすくすることができる。
また、アンダーフィル材との密着性を向上させたい場合には、図７に示すように、樹脂層20には、等方性エッチングなどを利用して溝26を形成することにより、溝26の開口部分よりも広幅の中空部を設け、溝26の開口部分に庇状の突出片27を設けてもよい。
（ａ）本発明の実施形態に係る半導体装置の底面図、（ｂ）（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 他の実施形態の半導体装置の底面図である。 他の実施形態の樹脂層の断面模式図である。 他の実施形態の樹脂層の断面模式図である。 他の実施形態の樹脂層の断面模式図である。 他の実施形態の樹脂層の断面模式図である。 他の実施形態の樹脂層の断面模式図である。 従来の半導体装置で生じる樹脂層の剥離の説明図である。
符号の説明
Ａ 半導体装置
10 半導体チップ
11 電極
12 電極配設面
20 樹脂層
21 ポスト
22 再配線
23 溝
24 外側縁
30 半田端子

Claims (5)

  1. 一側面に複数の電極を設けた半導体チップと、前記電極が形成されている前記半導体チップの電極配設面に重ね合わせて設けた樹脂層を備え、この樹脂層の表面を装着面としてアンダーフィル材を介して実装基板に装着される半導体装置において、
    前記樹脂層の装着面の外側縁に沿ってのみ溝を設け、当該溝により前記装着面を複数の面に分断したことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記樹脂層には、半田端子がそれぞれ接続される金属製のポストを複数設け、
    前記溝は、前記樹脂層の外側縁に沿って、外側縁と前記ポストとの間に設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記半導体チップ及び前記樹脂層は平面視矩形形状とし、前記溝は、矩形形状の前記樹脂層の４つの外周縁のうち、隣り合った２つの外周縁に沿って設けたことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
  4. 前記溝は、前記装着面に対して所定の角度に傾斜させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記溝は、幅方向に沿って深さの異ならせた段差を有することを特徴とする請求項１〜
    ３のいずれか１項に記載の半導体装置。
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