JP5589462B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

従来の半導体装置では、基板にチップ部品を取り付け、ＬＳＩ等のチップ部品を樹脂で封止した樹脂モールド化が進んでいる（例えば、特許文献１参照）。半導体装置の多機能化、微細ルール化に伴い、ＬＳＩの小型化、Ｉ／Ｏ端子の増大に伴う狭ピッチ化が進行している。

特開２００３−２５８１９２号公報

ところで、チップ部品を樹脂で封止するには、以下の図１１（ａ）〜（ｄ）に示すようなプロセスが考えられる。
まず、図１１（ａ）に示すような絶縁基板１０２の上面に配線１０３を形成し、ソルダーレジスト１０６で被覆する。次に、図１１（ｂ）に示すように、絶縁基板１０２の配線１０３が設けられた面の中央部に半導体チップ１０４を接着剤等により固定する。そして、半導体チップ１０４の図示しない電極端子と配線１０３の一端部１０３ａとをボンディングワイヤー１０５により接続する。

次に、図１１（ｃ）に示すように、樹脂材料を滴下して半導体チップ１０４、ボンディングワイヤー１０５及び配線１０３の一端部１０３ａを封止する封止樹脂１０７を形成する。その後、図１１（ｄ）に示すように、配線１０３の他端部１０３ｂに半田端子１０８を搭載する。

封止樹脂１０７に用いられる樹脂材料は、ワイヤー密度が高い場合、樹脂の粘土が十分に低くないとボイドが発生し易く、この部分の水分がリフロー時に膨張して同様にワイヤー不良の原因となる。また、熱膨張率が高い樹脂材料を用いると、リフロー時に高温に曝されることで膨張し、ボンディング剥がれやワイヤー切れといったワイヤー不良を引き起こすおそれがある。また、高い流動性と低熱膨張性は相反する側面がある。このため、封止樹脂１０７を設けた後に半田端子１０８を設ける方法では、封止樹脂１０７に用いる樹脂材料の選択の幅が狭まり、高価になる。

半田端子１０８を印刷法により設けない場合、配線１０３の他端部１０３ｂに半田ボールを搭載することにより半田端子１０８を設けることになる。しかし、半田ボールを搭載する場合には、配線１０３の他端部１０３ｂに金メッキ処理を施す必要があり、工数が増え、印刷法よりもコスト高になるという問題がある。

本発明の課題は、ローコストな半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することである。

以上の課題を解決するために、本発明の一の態様によれば、絶縁基板と、前記絶縁基板の少なくとも一方の面に設けられた配線と、前記配線の一端に形成された半田端子と、前記一方の面に固定され、前記配線の他端と接続された半導体チップと、前記半導体チップを封止する第１封止樹脂と、一方の面及び前記一方の面と反対側の他方の面を有するメイン基板と、前記メイン基板の前記一方の面に設けられ、前記半田端子と融着させることにより前記絶縁基板を前記メイン基板に固定する端子と、前記第１封止樹脂を覆うとともに前記絶縁基板と前記メイン基板との間隙において前記半田端子に接するように充填され且つ前記メイン基板の前記一方の面において前記半田端子が形成されている領域に対応する前記メイン基板の前記他方の面の領域を覆うように封止する第２封止樹脂と、を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。

前記メイン基板は、前記第１封止樹脂と対応する位置に穴が設けられており、前記穴内部も第２封止樹脂により封止されていることを特徴とするものであってもよい。
前記第２封止樹脂の厚さは前記第１封止樹脂の厚さよりも厚いことを特徴とするものであってもよい。
前記第１封止樹脂材料は、前記第２封止樹脂材料よりも高耐圧・高耐熱性であることを特徴とするものであってもよい。
前記配線上に、前記配線の前記一端と前記他端を露出させる開口が形成されたレジストが形成されていることを特徴とするものであってもよい。
前記配線の前記他端上面も前記第１封止樹脂により封止されていることを特徴とするものであってもよい。

本発明の他の態様によれば、配線と、前記配線の一端に形成された半田端子と、前記配線の他端に接続された半導体チップと、が一方の面に設けられた絶縁基板と、一方の面及び前記一方の面と反対側の他方の面を有し、前記絶縁基板の一方の面に形成された前記半田端子と対応する位置に端子が設けられたメイン基板と、を備えた半導体装置の製造方法において、前記半導体チップを第１封止樹脂により封止する第１工程と、前記半田端子と前記端子とを融着させることにより前記絶縁基板を前記メイン基板に固定する第２工程と、前記第１封止樹脂を覆うとともに前記絶縁基板と前記メイン基板との間隙において前記半田端子に接するように充填され且つ前記メイン基板の前記一方の面において前記半田端子が形成されている領域に対応する前記メイン基板の前記他方の面の領域を覆う第２封止樹脂を形成する第３工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

前記メイン基板は、前記第１封止樹脂と対応する位置に穴が設けられており、前記穴内部も第２封止樹脂により封止されていることを特徴とするものであってもよい。
前記第１工程において、前記第１封止樹脂は前記第１封止樹脂材料ポッティング法により滴下されてなることを特徴とするものであってもよい。

本発明によれば、ローコストな半導体装置の製造方法及び半導体装置の実装方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る半導体装置に用いられるサブ基板１の平面図である。 図１のII−II矢視断面図である。 サブ基板１の製造方法の説明図である。 サブ基板１の製造方法の説明図である。 サブ基板１の製造方法の説明図である。 サブ基板１が実装されるメイン基板１０を示す断面図である。 サブ基板１のメイン基板１０への実装方法の説明図である。 サブ基板１のメイン基板１０への実装方法の説明図である。 サブ基板１のメイン基板１０へ実装された状態を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はサブ基板１に用いられる他の形態の絶縁基板を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）はチップ部品を樹脂で封止するプロセスの説明図である。

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は本発明の実施形態に係る半導体装置に用いるサブ基板１の平面図であり、図２は図１のII−II矢視断面図である。図１、図２に示すように、サブ基板１は、絶縁基板２と、配線３と、半導体チップ４と、ボンディングワイヤー５と、ソルダーレジスト６と、仮封止樹脂７Ａと、半田端子８と、等を備える。

絶縁基板２は、例えば、ガラス布基材エポキシ樹脂、ガラス布基材ポリイミド樹脂その他のガラス布基材絶縁性樹脂複合材といった繊維強化樹脂からなる。
配線３は、例えば銅等の導体からなる。複数の配線３が、絶縁基板２の一方の面に、絶縁基板２の中央側から外周側に向かって放射状に設けられている。
半導体チップ４は、シリコンの半導体基板に集積回路を設けたものである。半導体チップ４は、接着剤等により絶縁基板２の配線３が設けられた面の中央部に固定される。半導体チップ４には図示しない電極端子が設けられており、電極端子は配線３の中央側端部３ａとボンディングワイヤー５により接続される。

絶縁基板２の配線３が設けられた面は、ソルダーレジスト６により覆われている。ソルダーレジスト６には、半導体チップ４が固定される中央部分に開口６ａが設けられている。開口６ａにおいて、配線３の中央側端部３ａが露出されている。また、ソルダーレジスト６には、絶縁基板２の外周部において、配線３の外周側端部３ｂを露出させる開口６ｂが設けられている。

仮封止樹脂７Ａは、開口６ａ内に樹脂材料を滴下する（ポッティング）ことにより設けられ、半導体チップ４、ボンディングワイヤー５及び配線３の一端部を仮封止する。仮封止樹脂７Ａを設けることで、実装工程での汚れによる絶縁性低下を防ぎ機械強度を高めることができる。
仮封止樹脂７Ａの厚さは絶縁性を確保するためには数１０μｍ程度で十分であり、厚くても１００〜２００μｍ程度である。後述するリフロー法によるメイン基板１０への実装時に仮封止樹脂７Ａが加熱されるが、仮封止樹脂７Ａがこの程度の厚さであると、リフロー加熱初期の温度の比較的低い予備加熱時時に仮封止樹脂７Ａ内部の水分が除去される。また、仮封止樹脂７Ａの厚さを薄くすることで、加熱時の熱膨張による応力を相対的に小さくすることができる。このため、ボンディング剥がれやワイヤー切れといったワイヤー不良が発生する可能性を低減することができる。

なお、半導体チップ４、ボンディングワイヤー５及び配線３は、後述するように、図９に示すメイン基板１０への実装後、本封止樹脂７Ｂにより本封止される。
半田端子８は、開口６ｂを塞ぐように設けられている。半田端子８は、フラックスにスズ等からなる半田の粉末が混ざったペースト状のものを、印刷マスクを用いてスクリーン印刷法等により設けることができる。半田端子８は、配線３及びボンディングワイヤー５を介して半導体チップ４の電極端子と導通している。

ここで、図３〜図５を用いてサブ基板１の製造方法について説明する。
まず、図３に示すように、絶縁基板２の上面に配線３を形成し、ソルダーレジスト６をパターニングする。
次に、図４に示すように、開口６ｂを塞ぐように半田端子８を形成する。半田端子８は印刷法により設けることができる。
次に、図５に示すように、絶縁基板２の配線３が設けられた面の中央部に半導体チップ４を接着剤等により固定する。そして、半導体チップ４の図示しない電極端子と配線３の中央側端部３ａとをボンディングワイヤー５により接続する。
その後、開口６ａを塞ぐように仮封止樹脂７Ａの材料を滴下する（ポッティング）。滴下した樹脂材料が固化することで、半導体チップ４、ボンディングワイヤー５及び配線３の一端部を仮封止する仮封止樹脂７Ａが形成される。以上により、図１、図２に示すサブ基板１が完成する。

次に、サブ基板１が実装されるメイン基板１０について説明する。
図６はサブ基板１等が実装される前のメイン基板１０を示す断面図である。図６に示すように、メイン基板１０は、絶縁基板１２と、絶縁基板の一方の面に設けられた配線１３と、配線１３を被覆するソルダーレジスト１６と、等を備える。なお、メイン基板１０のサブ基板１が取り付けられる位置には、仮封止樹脂７Ａと対応する位置に穴１７が設けられている。また、ソルダーレジスト１６には、配線１３の端部１３ａを露出させる開口１６ａ、１６ｂ、１６ｃが設けられている。開口１６ａ、１６ｂ、１６ｃには、印刷法により半田端子１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが設けられている。

次に、図６〜図９を用いて、サブ基板１のメイン基板１０への実装方法について説明する。まず、図６に示すように、ソルダーレジスト１６の開口１６ａ、１６ｂ、１６ｃを塞ぐように印刷法により半田端子１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを形成する。
次に、図７に示すように、メイン基板１０の上部に、サブ基板１を載置する。このとき、サブ基板１の仮封止樹脂７Ａ及び半田端子８が設けられた面を下に向け、半田端子８を半田端子１８Ａの上部に載置し、かつ、仮封止樹脂７Ａが穴１７の内部となるように配置する。
なお、半田端子１８Ｂ、１８Ｃ上にも、その他の素子１９が配置される。

次に、サブ基板１及びメイン基板１０を加熱して半田端子８、１８Ａを融かし、冷却することで図８に示すように一体化させる（リフロー法）。このとき、仮封止樹脂７Ａ内の水分が除去される。
なお、リフロー時に、半田端子１８Ｂ、１８Ｃも融かし、冷却することで、その他の素子１９も実装する。

その後、穴１７の内部に樹脂材料を滴下する（ポッティング）。滴下した樹脂材料が固化することで、図９に示すように、半導体チップ４、ボンディングワイヤー５及び配線３の一端部３ａを本封止する本封止樹脂７Ｂが形成される。本封止樹脂７Ｂの厚さはメイン基板１０の一部上面を覆う程度であれば望ましく、２〜３ｍｍ程度である。
以上のようにして、サブ基板１のメイン基板１０への実装が完了する。

このように、本発明によれば、半田端子８を設けてから仮封止樹脂７Ａにより半導体チップ４やボンディングワイヤー５を仮封止するため、仮封止樹脂７Ａが半田印刷の妨げとならない。このため、あらかじめ半田端子８を印刷法により安価に設けることができる。また、本封止樹脂７Ｂによりサブ基板１とメイン基板１０とが固定されるので、機械強度を高め、耐衝撃性を向上させることができる。

さらに、薄い仮封止樹脂７Ａで封止を行った後、リフロー法によりサブ基板１をメイン基板１０へ実装する際に、仮封止樹脂７Ａ内の水分をリフロー加熱初期の予備加熱の段階で除去することができるとともに、加熱時の熱膨張による応力を相対的に小さくすることができる。また、仮封止する使用量の少ない仮封止樹脂７Ａにはグレードの高い樹脂材料（高耐圧・高耐熱性のポリイミドやエポキシ系樹脂等）を用いる一方で、本封止後には本封止樹脂７Ｂはリフロー時の高温には曝されないため、本封止する本封止樹脂７Ｂは高耐圧・高耐熱性材料である必要がなく、安価なエポキシ系樹脂材料等を用いることができ、全体のコストを下げることができる。つまり、仮封止樹脂７Ａ材料は使用量が少ないため、本封止樹脂７Ｂ材料よりも高耐圧・高耐熱性材料を用いることが出来る。

また、本発明によれば、配線３の他端部３ｂに半田端子８を設けてから封止樹脂７により半導体チップ４やボンディングワイヤー５を封止するため、配線３の他端部３ｂが露出したまま封止の熱に曝されることがなく、金メッキ処理を施す必要がない。このため、サブ基板１をローコストで製造し、実装することができる。
また、本発明によれば、半導体チップ４には電極端子が設けられており、電極端子は配線３の中央側端部３ａとボンディングワイヤー５により接続されるとしたが、これに限らず、半導体チップ４に設けられた電極端子と配線３の中央側端部３ａとが何らかの手段により接続されていれば良い。

なお、サブ基板１に用いられる絶縁基板の形状は、上記実施例に限られない。例えば、図１０（ａ）に示すように、絶縁基板２の一方の面に配線３、ソルダーレジスト６、半田端子８が設けられるとともに、他方の面にもソルダーレジスト６により被覆されたものを用いてもよい。あるいは、図１０（ｂ）に示すように、絶縁基板２の配線３が設けられた面と反対側の面にグランドレイヤー３Ａが設けられ、絶縁基板２に設けられたスルーホール３Ｂにより配線３とグランドレイヤー３Ａとが接続されたものを用いてもよい。
あるいは、図１０（ｃ）に示すように、絶縁基板２の両面にべたのグランドレイヤー３Ａ、３Ａが形成され、一方のグランドレイヤー３Ａ上に層間絶縁層２Ａが形成され、層間絶縁層２Ａ上に配線３、ソルダーレジスト６、半田端子８が設けられたものを用いてもよい。
また、本実施形態においては、メイン基板１０にも半田端子１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを印刷形成したが、これに限らず、端子に半田を形成しなくても良い。
また、リフローの際に半田端子８の材料であるスズ等が配線３材料である銅等に拡散しないように、配線３の他端部３ｂ上にニッケル等からなるバリア層を設けても良い。

１、１０１ 半導体装置
２、１２、１０２ 絶縁基板
３、１３、１０３ 配線
３ａ、３ｂ、１３ａ、１０３ａ、１０３ｂ 端部
４、１０４ 半導体チップ
５、１０５ ボンディングワイヤー
６、１０６ ソルダーレジスト
６ａ、６ｂ、１６ａ、１０６ａ、１０６ｂ 開口
７Ａ 仮封止樹脂
７Ｂ 本封止樹脂
１０７ 封止樹脂
８、１０８ 半田端子
１０ メイン基板
１７ 穴

Claims (9)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板の少なくとも一方の面に設けられた配線と、
   前記配線の一端に形成された半田端子と、
   前記一方の面に固定され、前記配線の他端と接続された半導体チップと、
   前記半導体チップを封止する第１封止樹脂と、
   一方の面及び前記一方の面と反対側の他方の面を有するメイン基板と、
   前記メイン基板の前記一方の面に設けられ、前記半田端子と融着させることにより前記絶縁基板を前記メイン基板に固定する端子と、
   前記第１封止樹脂を覆うとともに前記絶縁基板と前記メイン基板との間隙において前記半田端子に接するように充填され且つ前記メイン基板の前記一方の面において前記半田端子が形成されている領域に対応する前記メイン基板の前記他方の面の領域を覆うように封止する第２封止樹脂と、
   を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記メイン基板は、前記第１封止樹脂と対応する位置に穴が設けられており、前記穴内部も前記第２封止樹脂により封止されてい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２封止樹脂の厚さは前記第１封止樹脂の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記第１封止樹脂材料は、前記第２封止樹脂材料よりも高耐圧・高耐熱性であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の半導体装置。
5. 前記配線上に、前記配線の前記一端と前記他端を露出させる開口が形成されたレジストが形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体装置。
6. 前記配線の前記他端上面も前記第１封止樹脂により封止されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の半導体装置。
7. 配線と、前記配線の一端に形成された半田端子と、前記配線の他端に接続された半導体チップと、が一方の面に設けられた絶縁基板と、
   一方の面及び前記一方の面と反対側の他方の面を有し、前記絶縁基板の一方の面に形成された前記半田端子と対応する位置に端子が設けられたメイン基板と、
   を備えた半導体装置の製造方法において、
   前記半導体チップを第１封止樹脂により封止する第１工程と、
   前記半田端子と前記端子とを融着させることにより前記絶縁基板を前記メイン基板に固定する第２工程と、
   前記第１封止樹脂を覆うとともに前記絶縁基板と前記メイン基板との間隙において前記半田端子に接するように充填され且つ前記メイン基板の前記一方の面において前記半田端子が形成されている領域に対応する前記メイン基板の前記他方の面の領域を覆う第２封止樹脂を形成する第３工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 前記メイン基板は、前記第１封止樹脂と対応する位置に穴が設けられており、前記穴内部も前記第２封止樹脂により封止されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記第１工程において、前記第１封止樹脂は前記第１封止樹脂材料ポッティング法により滴下されてなることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体装置の製造方法。

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