JPH08125051A

JPH08125051A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH08125051A
Application number: JP26342994A
Authority: JP
Inventors: Junichi Saeki; 準一佐伯; Koji Serizawa; 弘二芹沢; Toru Yoshida; 亨吉田; Shigeharu Tsunoda; 重晴角田; Isamu Yoshida; 勇吉田; Kazuya Oji; 一也大路
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-10-27
Filing date: 1994-10-27
Publication date: 1996-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は半導体プラスチックパッケージにおい
て、その目的は、多ピンＢＧＡパッケージに好適な構造
を提供することにある。【構成】フェースダウンチップとそれを接続する部分な
らびに外部と金属バンプ接続を行う端子を有する基板を
設け、チップは表面に配線パターンを形成した絶縁フィ
ルムで１次接続し、この絶縁フィルム上の端子と基板と
を金線で２次接続する構造にした。また、チップならび
に基板を固定、支持するための一体支持フレームを有
し、チップの回路を形成しない面ならびに基板の一部を
支持フレームと接着し、金型内で樹脂封止するととも
に、チップに接着した部分の支持フレームは露出させそ
のまま放熱板となる構造にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体パッケージにおい
て、特に、多ピン・高発熱用のＢＧＡ(BallGrid Array)
パッケージを高信頼で低コストにする構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】半導体パッケージの構造は、高密度実装
化を図るために小型・薄型化の方向に進んでいる。ま
た、１チップ当りの情報処理量も増大する方向にあり、
１パッケージ当りの入出力のピン数が増加する傾向にあ
る。しかし、搭載装置の制約などからパッケージサイズ
はあまり大きくすることができず、各リードピンの間隔
が非常に狭くなっている。このため、実装が困難な状況
になってきた。この実装性を容易にすべく、近年におい
て、ＢＧＡと呼ばれる新しい形態のパッケージが表れて
きた。これは、パッケージの下面全体にマトリックス状
に金属バンプを配置して実装基板に接続するもので、バ
ンプピッチが広い状態で多くのピンが配置できるので多
ピン製品の実装が容易となること、動作速度の向上を図
りやすいことなどからニーズが急激に高まっている。こ
のＢＧＡパッケージはチップの回路面を上にしたフェー
スアップタイプとしては米国特許US005216278、チップ
の回路面を下にしたフェースダウンタイプとしては米国
特許US005148565の構造例がある。

【０００３】米国特許US005216278は基板の上にフェー
スアップの状態でチップを搭載し、両者を金線で接続し
て樹脂封止するものである。この場合、ピン数が非常に
増えると金線の配線密度が高くなり、ワイヤボンディン
グが困難になること、ピン数の増加によりチップの発熱
が増えるがフェースアップチップのためチップ裏面から
大気中への放熱が困難な構造になっているという問題が
ある。したがってピン数の増加には限界があった。

【０００４】米国特許US005148565は基本的にはフェー
スダウンチップの回路面にシリコーンゴムなどの柔軟物
を置き、配線付き回路フィルムを柔軟物の裏に回した状
態でチップの電極との接続を取るとともに、回路フィル
ム表面にマトリックス状に形成された電極に金属バンプ
を形成してＢＧＡパッケージとするものである。この場
合、金線接続に比べて非常に多くのピンを取り出せるこ
と、フェースダウンチップのためチップ裏面を露出させ
て大気中への放熱ができ、低熱抵抗化が容易であるとい
う利点がある。柔軟物はチップと実装基板の物性値の違
いにより金属バンプに生じる熱応力を低減させる効果、
ならびにチップのテスティング時に変形してプローブを
接触しやすくするという効果がある。また、ほぼチップ
サイズのパッケージが実現できるという利点もあるが、
ピン数が増えるとバンプピッチが狭くなり、逆に実装が
難しくなるという問題がある。この問題の解決のために
米国特許US005148565ではチップの外周部に固定手段を
設け、ここにも柔軟物と回路フィルムを配置してバンプ
ピッチを広げるという構造も提示してある。この場合、
剛性の小さい柔軟物とテープを介してバンプを搭載する
ため、チップ下と外側とで段差ができやすくバンプ形成
面の平坦性確保が困難という問題がある。また、この構
造では組立ては全て接着剤を用いるため、組立ての高能
率化が困難であり、接着剤の厚さばらつきと各部材の高
さばらつきが合成されるため、平坦性確保がさらに困難
になる。さらに、柔軟物は通常は非常に吸湿しやすい有
機材料になるため信頼性確保が困難になるという問題が
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の欠点をなくし、信頼性が高くかつ低コストの多ピン
・低熱抵抗パッケージを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、フェースダ
ウンチップとそれを接続する部分ならびに外部と金属バ
ンプ接続を行う端子を有する基板を設け、チップは表面
に配線パターンを形成した絶縁フィルムで１次接続し、
この絶縁フィルム上の端子と基板とを金線で２次接続す
る構造にした。また、チップならびに基板を固定、支持
するための一体支持フレームを有し、チップの回路を形
成しない面ならびに基板の一部を支持フレームと接着
し、金型内で樹脂封止するとともに、チップに接着した
部分の支持フレームは露出させそのまま放熱板となる構
造にした。

【０００７】

【作用】チップはまず配線パターンを形成した絶縁フィ
ルムで接続される。これはいわゆるＴＡＢ(Tape Automa
ted Bonding)接続であり、電極上に微細な金バンプを形
成したチップにフィルムから伸びたビームリードを接合
する。これにより金線のワイヤボンディングでは不可能
な多ピンの端子を取り出すことができる。通常のＴＡＢ
接続ではアウタ側は端子面を下に向けはんだ接続する。
しかし、この方法では微細ピッチの接続は困難であり、
またそのような微細配線幅の基板はコストが非常に高く
なり実用性に乏しいという問題がある。一方、アウタの
ピッチを拡大したテープでは位置ずれが大きくなり未接
続の不良が発生しやすくなる。この問題を解決するため
に、ここではＴＡＢのアウタ側は端子面を上に向け、下
になった絶縁テープを基板と接着するようにした。ま
た、この端子は金線接続可能なピッチまで広げたパター
ンに設計しておく。ここに金線のワイヤボンディングを
行いチップ周囲の基板上の端子と広いピッチで接続す
る。金線のワイヤボンディングは装置が位置を認識しな
がら接続するので、テープ上の端子の位置ずれがあって
も問題なく接続できる。さらに基板側はチップ周囲の広
い面積上に端子を設ければいいので、基板の微細配線設
計は必要がなく基板も安くできる。

【０００８】実際のプロセスではタブリードとこれを支
える吊りリード部を形成したパターンのリードフレーム
を用いる。吊りリードはあらかじめ曲げておきタブリー
ドとリード外枠とは所定の段差を設けておく。まず、Ｔ
ＡＢテープのインナ接続を終わった状態のチップの回路
面と反対側をタブリードと接着する。次に基板とＴＡＢ
テープ、基板とタブ吊りリードの周囲部とを接着する。
そして、金線でワイヤボンディングを行う。吊りリード
はワイヤボンディングのツールと干渉しない位置に設け
られる。この状態のリードフレームを金型にセットす
る。このとき、タブリードは吊りリードの反力を利用し
て金型キャビティ部の上面に押しつけるようにする。金
型内で注入された樹脂はチップと基板との隙間ならびに
必要部分を封止した後、リード外枠の打ち抜き、基板下
への金属バンプ形成を経てパッケージが完成する。この
ように剛性の大きい基板と石英フィラを多量に含む剛性
の大きいモールド樹脂とを用いるとともに、部材全体の
高さばらつきは吊りリードの変形ならびにチップと基板
との隙間を利用してモールド金型内で吸収されるので、
高さばらつきが極めて少なく基板下の平坦性に優れるパ
ッケージができる。また、エラストマを使用しないの
で、この部材費、組立て費を低減するとともに、耐湿信
頼性を向上できる。さらに、大量生産に適したモールド
を用いるので、プロセスの大幅な低コスト化が可能とな
る。チップの回路を形成しない面はタブリードと接着さ
れており、モールド工程ではタブリードが金型に接触す
る。したがって、チップは金型と直接接触しないのでモ
ールド工程でチップへ加わるストレスを低減した状態で
タブリード上面を露出させた成形品ができる。この露出
タブリードがそのまま放熱板となる。

【０００９】

【実施例】本発明の１実施例を図１〜図12を用いて説明
する。図１は本発明の実施例のパッケージの断面構造図
である。回路面を下にしたLSIチップ１(以降、チップと
略す)は裏面がタブリード２に接着され、タブリード２
の端部から外側下方に向けて吊りリード３が伸び積層配
線基板４(以降、基板と略す)の上面の端部と接着されて
いる。チップ１の電極端子(図示せず)はビームリード５
によって引き出されビームリード５の先は絶縁部を有す
る配線フィルム６につながっている。配線フィルム６の
下側は絶縁部であり、この部分と基板４とは接着されて
いる。配線フィルム６の上側は配線部であり、この部分
と基板４の上面の端子７とは金線８により結線されてい
る。基板４の裏面端子(図示せず)部にははんだバンプ９
が形成されている。また、タブリード２の上面、吊りリ
ード３の一部、基板４の下面以外はモールド樹脂10で覆
われている。

【００１０】図２は基板上配線の部分拡大平面図であ
る。ここではタブリード２とモールド樹脂10は取り除い
てある。チップ１に接続されたビームリード５の先は配
線フィルム上端子11となる。ここから金線８が伸び基板
上電極７に接続される。ここで、ビームリード５の間隔
をａ、配線フィルム上端子の間隔をｂ、基板上面端子７
の間隔をｃとすると、ａ＜ｂ＜ｃとなる。

【００１１】次に本発明の組立て工程を図３〜図12によ
り説明する。図３は本発明に用いるリードフレームの平
面図である。中央にタブリード２があり、この４隅から
吊りリード３が伸びリードフレーム外枠12とつながって
いる。また、吊りリードはあらかじめ曲げられており、
タブリード２と外枠12とは段差がついている。

【００１２】図４は配線フィルム装着の工程図である。
チップ上の電極端子(図示せず)に金バンプ(図示せず)を
形成し、ここにビームリード５を接続する。ビームリー
ドの外側は枠状の配線フィルム６になっており、チップ
接続後のビームリード５の変形を防止する。図５はリー
ドフレーム装着の工程図を示す。図４の状態に組み立て
られたチップ１は回路を形成していない面がリードフレ
ームのタブリード２と接着される。図６は基板装着の工
程図を示す。ここでは図５の状態の組立て品を裏返して
いる。基板４と配線フィルム６とが接着されるととも
に、吊りリード３の周囲と基板４とが接着される。図７
は金線接続の工程図を示す。図６の状態の組立て品にワ
イヤボンダー(図示せず)を用いて金線８が所定位置に接
続される。

【００１３】図８はモールドの工程図を示す。上図はモ
ールド金型の上型13を取り去ったときの平面図、下図は
上型13を含む断面図である。図７の状態の組立て品はま
ず下型14に搭載され、成形機(図示せず)の動作により下
型が上に移動し上型13に当る。このときリードフレーム
の外枠12が上下金型の間に挟まれ、構造体は金型内に固
定される。また、タブリード２は上型13と下型14で形成
された樹脂流路の一部であるキャビティ15の上面と接触
し、基板４はキャビティ15の下面と接触する。次に成形
機のプランジャ(図示せず)を駆動することにより、モー
ルド樹脂10はランナ16、ゲート17を通ってキャビティ15
内を流動する。図９はモールド後のパッケージの平面図
と断面図を示す。モールド樹脂10により、タブリード２
の上面、リードフレーム外枠12、基板４の下面を露出
し、その他の部分を封止した成形品が得られる。

【００１４】図10はリードフレーム外枠の切断工程図を
示す。ここでは図９の状態のパッケージを裏返しにし、
切断型18の切断刃19でリードフレーム外枠12を切断す
る。図11ははんだバンプ搭載の工程図を示す。リードフ
レーム外枠を切断した状態のパッケージの基板４の裏面
端子(図示せず)に搭載機(図示せず)を用いてはんだバン
プを形成する。図12は最終製品の外観図である。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、信頼性、放熱性に優
れ、かつ低コストの多ピンフェースダウンＢＧＡパッケ
ージが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパッケージの断面構造図である。

【図２】本発明の基板上配線の部分拡大平面図である。

【図３】本発明に用いるリードフレームの平面図であ
る。

【図４】配線フィルム装着の工程図である。

【図５】リードフレーム装着の工程図である。

【図６】基板装着の工程図である。

【図７】金線接続の工程図である。

【図８】モールドの工程図である。

【図９】モールド後のパッケージの平面図と断面図であ
る。

【図１０】リードフレーム外枠の切断工程図である。

【図１１】はんだバンプ搭載の工程図である。

【図１２】最終製品の外観図である。

【符号の説明】

１…ＬＳＩチップ、２…タブリード、３…吊りリード、４…積層配線基板、５…ビームリード、６…配線フィルム、７…基板上電極、８…金線、９…はんだバンプ、 10…モールド樹脂、 11…配線フィルム上端子、 12…リードフレーム外枠、 13…上型、 14…下型、 15…キャビティ、 16…ランナ、 17…ゲート、 18…切断型、 19…切断刃。

フロントページの続き (72)発明者角田重晴神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者吉田勇神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者大路一也神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＬＳＩチップとそれを接続する部分ならび
に外部との接続端子を有する積層配線基板(以降、基板
と略す)を設け、その外部接続端子に金属性バンプを形
成してなる半導体装置において、前記ＬＳＩチップは表
面に配線パターンが形成された絶縁フィルムで１次接続
され、この絶縁フィルム上の端子と前記基板とを金線で
２次接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】上記ＬＳＩはその回路面が前記基板と向い
合う方向に配置されたことを特徴とする請求項１記載の
半導体装置。
【請求項３】上記配線パターンが形成された絶縁フィル
ムはチップと接続する側の端子ピッチよりも金線を接続
する側の端子ピッチが広く、かつ、絶縁フィルムで金線
を接続する側の端子ピッチよりも基板上の端子ピッチが
広いことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】上記ＬＳＩチップならびに上記基板を固
定、支持するための一体支持フレームを有し、ＬＳＩチ
ップの回路を形成しない面ならびに基板の一部を支持フ
レームと接着し、有機材料で封止したことを特徴とする
請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】上記ＬＳＩチップに接着した部分の上記支
持フレームは露出させ放熱板としたことを特徴とする請
求項４記載の半導体装置。