JPH1084055A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH1084055A
JPH1084055A JP23705596A JP23705596A JPH1084055A JP H1084055 A JPH1084055 A JP H1084055A JP 23705596 A JP23705596 A JP 23705596A JP 23705596 A JP23705596 A JP 23705596A JP H1084055 A JPH1084055 A JP H1084055A
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resin
ball
semiconductor device
lead frame
manufacturing
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Zenzo Oda
善造 小田
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ポリイミド配線基板を用いたＣＳＰにおいて
は、ポリイミド配線基板上の金属配線にワイヤボンディ
ングするとき、ポリイミドが軟化し超音波が効き難く、
金ワイヤと金属配線との接合強度が弱くなる。このため
樹脂収縮や温度変化による内部応力によりワイヤ剥がれ
が起こりやすいので、接合強度を強化しなければならな
いという課題があった。 【解決手段】ポリイミド配線基板に代えて、複数の配線
と複数のボールランドとを備え、一定の厚みを持った金
属リードフレームを用いる。半導体素子を絶縁性接着膜
により該リードフレームの第１面に接着し、電極パッド
と該リードフレームの該配線とを金属細線により接続す
る。該ボールランドの第１面と反対の第２面を露出させ
て接合体全体を樹脂封止し、該ボールランドの樹脂に覆
われていない第２面に半田ボールを接着し外部電極とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置のパッケ
ージに関し、特にＢＧＡ（Ｂａｌｌ ＧｒｉｄＡｒｒａ
ｙ．ボール・グリッド・アレイ）タイプのＣＳＰ（Ｃｈ
ｉｐ ＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ．チップ・サイズ・パッ
ケージ或いはＣｈｉｐ ＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ．チ
ップ・スケール・パッケージ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＳＰとしては、例えば社団法人日本電
子機械工業会主催の第３回表面実装技術（ＳＭＴ）フォ
ーラム’９５資料集にあるように様々なものが提案され
ているが、中でも多ピン用途に適したＣＳＰとしてＢＧ
Ａタイプのいくつかのものが提案されている。
【０００３】第１の例は、前記資料集のセッションＣ
「Ｓｔａｔｕｓ Ｕｐｄａｔｅ ＭＣＭ／ＫＧＤ／ＣＳ
Ｐ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｓｔａｎｄａｒ
ｄｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔ
ａｔｅｓ」の中でＳＬＩＣＣとして述べられているもの
で、ＩＣチップとインターポーザー（プリント基板また
はセラミック基板）をフリップチップ接続したためパッ
ケージの外形寸法をＩＣチップの外形より若干大きい寸
法に抑えることができるのが特徴である。
【０００４】第２の例は、前記資料集の同論文の中でμ
ＢＧＡとして述べられているもので、金で出来た金属箔
リードでＩＣチップ上のパッドとボール電極が取り付け
られたテープとを結び、且つテープとＩＣチップとの間
にエラストマを介在させることにより、実装状態でＩＣ
チップとプリント基板との間で熱膨張係数差によって生
じる応力を吸収する構造をとっていることが特徴であ
る。
【０００５】第３の例は、前記資料集のセッションＣ
「ＣＳＰの開発状況：ＢＧＡタイプ」に「Ｍｉｃｒｏ
Ｓｔａｒ ＢＧＡ」として述べられているもので、図２
はその概略の断面図である。図２において、１はＩＣチ
ップ（半導体素子）、４は金ワイヤ、５は樹脂、６は半
田ボール（外部電極）、１０はポリイミドフィルム、１
１は銅箔、１２は絶縁フィルムである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】第１の例は平面的およ
び立体的により小さいＣＳＰを得るには優れた構造であ
るが、ＩＣの電極パッドと同じ配線ピッチを持ったイン
ターポーザーを使用しなければならず、このようなイン
ターポーザーは高価であるため、ＣＳＰとしてのコスト
も高く成らざるを得ない。また、異なった２品種以上の
ＩＣを製造する場合、ＩＣの電極パッドの位置が少しで
も違えば、別のインターポーザーを使用しなければなら
ず、設計、在庫管理などの余分なコストが掛かることに
なり、やはりコスト高になる。
【０００７】第２の例ではパッドとテープとを結ぶのに
金箔リードを使うためテープに厚い金メッキを施さなけ
ればならず、テープが高価になるためＣＳＰとしてのコ
ストも高く成らざるを得ない。
【０００８】第３の例では、ＩＣの電極パッドとポリイ
ミドフィルム上の金属配線（通常、銅箔の表面にニッケ
ルが、更にその上に金がメッキされている）に金ワイヤ
をボンディングするとき超音波併用熱圧着法を用いる
が、ポリイミドフィルムは常温でも柔軟性を持っている
が、加熱すると更に軟化し超音波が効き難くなり金ワイ
ヤと金属配線との接合強度が弱く、使用時の温度変化に
よる内部応力などによる剥がれが起こり易いという欠点
がある。また、ポリイミドは吸湿しやすいので、リーク
電流が発生し易いという欠点もある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
においては、複数の配線と複数のボールランドとを備
え、一定の厚みを持った金属配線層と、複数の電極パッ
ドを備え、絶縁性接着膜により該金属配線層の第１面に
接着された半導体素子と、該電極パッドと該配線とを接
続する金属細線と、該半導体素子と該金属細線と該絶縁
性接着膜と該金属配線層との接合体の表面のうち少なく
とも、該金属配線層の第１面側と、該金属配線層の第１
面と反対の第２面のうち該ボールランドの部分を除いた
面を覆う樹脂と、該ボールランドの該樹脂に覆われてい
ない面に接着し、該樹脂表面から突出した複数のボール
電極とから成ることを特徴とする。
【００１０】また、本発明による半導体装置の製造方法
においては、複数の配線と複数のボールランドとを備
え、一定の厚みを持ったリードフレームの片面に、複数
の電極パッドを備えた半導体素子を絶縁性接着膜を介し
て接着する工程と、該電極パッドと該配線とを金属細線
により接続する工程と、該半導体素子と該金属細線と該
絶縁性接着膜と該リードフレームとの接合体の表面のう
ち少なくとも、該リードフレームの第１面側と、該リー
ドフレームの第１面と反対の第２面のうち該ボールラン
ドの部分を除いた面を樹脂により覆う工程と、該ボール
ランドの該樹脂に覆われていない面に金属ボールを熔着
して複数のボール電極を形成する工程と、該リードフレ
ームの該樹脂からはみ出した部分を切除する工程とから
成ることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明を実施例をもとに詳細に説
明する。図１は本発明の一実施例で、半導体装置の断面
図である。図１において、１はＩＣチップ（半導体素
子）、２ａは金属配線層で後述するリードフレーム２の
樹脂５内に封止された部分である。さらに、３は絶縁性
接着膜、４は金ワイヤ（金属細線）、５は樹脂、６はボ
ール電極（半田ボール）である。
【００１２】本発明の半導体装置の製造方法を説明す
る。まず、リードフレーム２を用意する。このリードフ
レーム２の平面形状を図４に示す。図４において、２１
は後に金属ボールを熔着するためのボールランド、２２
は配線、２３は配線の一部で後に金属細線をボンディン
グする部分、２５は樹脂封止工程において樹脂の流れ止
めとするダムバーである。リードフレームの材料として
は、最も一般的に用いられていてコストも安い４２アロ
イや銅アロイなどでよい。リードフレームの製造にあた
っても特別のことは必要なく、半導体のプラスチックパ
ッケージ（ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＰＬＣＣなど）に用いられ
るリードフレームと同様に製造できる。ハーフエッチン
グなども必要なく、コストの安いプレス法でも製造可能
である。
【００１３】次に図３（ａ）に示すように、リードフレ
ーム２にＩＣチップ１を絶縁性接着フィルム３により接
着する。リードフレームとＩＣチップの電気的な絶縁を
確かにするため、熱硬化性接着剤を用いる場合は液状の
接着剤より厚みを確保できるフィルム状の接着剤を用い
る方が好い。熱可塑性接着剤の場合はＩＣウエファ裏面
に液状の熱可塑性接着剤を塗布したのち、加熱して溶剤
を飛ばして一旦硬化し、ダイシングしたのちＩＣチップ
をリードフレームに加熱接着すれば絶縁膜の厚みを確保
できるので、この方法によることもできる。
【００１４】次に図３（ｂ）に示すように、ＩＣチップ
上の電極パッドとリードフレーム２の配線の一部分２３
とを金ワイヤ（金属細線）４で接続する。このとき超音
波併用熱圧着法を用いても、リードフレームは４２アロ
イや銅アロイなどでできているため加熱しても軟化する
ことはなく、超音波は十分効くので必要十分な接合強度
が得られる。ワイヤボンディングが終わった接合体（Ｉ
Ｃチップ、絶縁性接着剤、金ワイヤ）を上から見た図を
図５として示す。図５において、５０は後に形成される
樹脂の外形線である。
【００１５】次に図３（ｃ）に示すように、前記の接合
体をリードフレームのボールランド２１が下金型３１の
突起部３５に当接するように載せ、その上から上金型３
０を載せてリードフレームを上下金型で挟み、ゲート３
４から液化した樹脂を注入し硬化させる。図６に下金型
を斜め上方から見た俯瞰図を示す。下金型３１の内壁下
面には突起３５が設けられていて、この突起がリードフ
レームのボールランド２１に当たった状態で樹脂が注入
されるため、樹脂が硬化したときボールランドの下面が
樹脂から露出する。
【００１６】次に図３（ｄ）に示すように、樹脂５から
露出したボールランドに半田ボールを熔着して外部電極
とする。ボールランドにフラックスを塗布し、その上に
半田ボール４０を載せ、半田の融点以上に加熱して接着
させたのち、フラックスを洗い流す。本発明のパッケー
ジでは、ボールランドの周りに摺り鉢状の壁を持った樹
脂の丘があるため、フラックスをランド毎に分離し易
く、また半田ボール同士が過度に近接するのを防ぐの
で、半田ボール溶融時に複数の半田ボールが合体してし
まう不具合を防止することが容易である。また別法とし
て、スクリーン印刷などによりボールランド上に半田ペ
ーストを塗布したのち、加熱溶融してボール電極を形成
することもできる。
【００１７】次に図３（ｅ）に示すように、リードフレ
ームの樹脂５からはみ出した部分２ｂを切除する。２ａ
は樹脂外形内に残ったリードフレームの部分、２ｃはリ
ードフレームの切断面である。
【００１８】ＣＳＰを通常の有機配線基板に実装した場
合、ＣＳＰはＩＣチップの基材であるシリコンの熱膨張
係数（約４ｐｐｍ）に近い比較的小さな熱膨張係数を持
っているのに対し、有機配線基板は約１６ｐｐｍという
比較的大きな熱膨張係数を持っているので、温度変化に
よりＣＳＰと配線基板を接合している半田ボールに通常
のＢＧＡよりも大きな応力がかかる。インターポーザー
に有機配線基板を用いた通常のＢＧＡにおいては、半田
ボールの材料として共晶半田を用いるのが一般的である
が、ＣＳＰにおいては耐応力性が優れたインジウムやア
ンチモンを含んだ半田を用いるのが好い。
【００１９】
【発明の効果】第１に、現在最も普及しているプラスチ
ックパッケージと同じ製造ラインを使用できるので、新
規の投資を最小限にできる。従って、低コストにでき
る。これは半導体装置の製造工程だげでなく、リードフ
レームなどの部品、材料の製造工程についても同様であ
る。また、原材料も現在最も普及しているプラスチック
パッケージと同じものを使えるので低コストにできる。
【００２０】第２にリードフレームを使用しているの
で、ポリイミドフィルムのようにワイヤボンディング時
の加熱により軟化する事がないので、接合強度が十分得
られ、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。ま
た、吸湿によるリーク電流の発生も生じにくい。
【００２１】第３にひとつのリードフレームで複数の品
種のＩＣを製造することも可能であり、余分な設計費、
在庫管理費用が掛からないし、大量生産によるコストダ
ウンが可能である。
【００２２】第４に本発明のパッケージでは、ボールラ
ンドの周りに摺り鉢状の壁を持った樹脂の丘があるた
め、フラックスをランド毎に分離し易く、また半田ボー
ル同士が過度に近接するのを防ぐので、半田ボール溶融
時に複数の半田ボールが合体してしまう不具合を防止す
ることが容易である。
【００２３】第５に本発明のパッケージでは、外部電極
に耐応力性が優れたインジウムやアンチモンを含んだ半
田を用いたので、有機配線基板に実装した場合の接合信
頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で、半導体装置の断面図。
【図２】従来技術の例で、半導体装置の断面図。
【図３】本発明の実施例で、半導体装置の製造方法を説
明する図。
【図４】本発明の実施例で、リードフレーム要部の平面
図。
【図５】本発明の実施例で、半導体装置製造工程のワイ
ヤボンディング終了状態を示す平面図。
【図６】本発明の実施例で、下金型の俯瞰図。
【符号の説明】
１ ＩＣチップ（半導体素子） ２ リードフレーム ２ａ 金属配線層（リードフレームの樹脂封止された部
分） ２ｂ リードフレームの樹脂封止後に切除された部分 ２ｃ リードフレームの切断面 ３ 絶縁性接着膜 ４ 金ワイヤ（金属細線） ５ 樹脂 ６ ボール電極（半田ボール） ２１ ボールランド ２２ 配線 ２３ 配線の一部で金属細線をボンディングする部分 ２５ ダムバー ３０ 上金型 ３１ 下金型 ３４ ゲート ３５ 突起部 ４０ 半田ボール ５０ 樹脂の外形線

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の配線と複数のボールランドとを備
    え、一定の厚みを持った金属配線層と、複数の電極パッ
    ドを備え、絶縁性接着膜により該金属配線層の第１面に
    接着された半導体素子と、該電極パッドと該配線とを接
    続する金属細線と、該半導体素子と該金属細線と該絶縁
    性接着膜と該金属配線層との接合体の表面のうち少なく
    とも、該金属配線層の第１面側と、該金属配線層の第１
    面と反対の第２面のうち該ボールランドの部分を除いた
    面を覆う樹脂と、該ボールランドの該樹脂に覆われてい
    ない面に接着し、該樹脂表面から突出した複数のボール
    電極とから成ることを特徴とした半導体装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の半導体装置において、該ボ
    ールランドと該ボール電極の接着面が該樹脂表面の内側
    にあることを特徴とした半導体装置。
  3. 【請求項３】請求項１記載の半導体装置において、該ボ
    ール電極がインジウムを含んだ半田から成ることを特徴
    とした半導体装置。
  4. 【請求項４】請求項１記載の半導体装置において、該ボ
    ール電極がアンチモンを含んだ半田から成ることを特徴
    とした半導体装置。
  5. 【請求項５】複数の配線と複数のボールランドとを備
    え、一定の厚みを持ったリードフレームの第１面に、複
    数の電極パッドを備えた半導体素子を絶縁性接着膜を介
    して接着する工程と、該電極パッドと該配線とを金属細
    線により接続する工程と、該半導体素子と該金属細線と
    該絶縁性接着膜と該リードフレームとの接合体の表面の
    うち少なくとも、該リードフレームの第１面側と、該リ
    ードフレームの第１面と反対の第２面のうち該ボールラ
    ンドの部分を除いた面を樹脂により覆う工程と、該ボー
    ルランドの該樹脂に覆われていない面上に複数のボール
    電極を形成する工程と、該リードフレームの該樹脂から
    はみ出した部分を切除する工程とから成ることを特徴と
    した半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項６】請求項５記載の半導体装置の製造方法にお
    いて、上下２体の金型を用いて樹脂封止することを特徴
    とした半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項７】請求項６記載の半導体装置の製造方法にお
    いて、下金型の内面には複数の突起が配設され、該ボー
    ルランドの一面が該突起に接した状態で樹脂封止するこ
    とを特徴とした半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】請求項５記載の半導体装置の製造方法にお
    いて、該ボールランドの該樹脂に覆われていない面上に
    複数の金属ボールを熔着して複数のボール電極を形成す
    ることを特徴とした半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】請求項５記載の半導体装置の製造方法にお
    いて、該ボールランドの該樹脂に覆われていない面上に
    半田ペーストを塗布したのち加熱溶融して複数のボール
    電極を形成することを特徴とした半導体装置の製造方
    法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11345895A (ja) * 1998-06-01 1999-12-14 Matsushita Electron Corp 半導体装置、リードフレーム、及びそれらの製造方法
US6246117B1 (en) 1998-12-15 2001-06-12 Nec Corporation Semiconductor device comprised of a ball grid array and an insulating film with preformed land openings
KR100567129B1 (ko) * 2001-04-13 2006-03-31 앰코 테크놀로지 코리아 주식회사 반도체 패키지 제조용 몰딩 금형 및 이것을 이용한 반도체패키지 몰딩방법
CN115513159A (zh) * 2022-09-30 2022-12-23 维沃移动通信有限公司 芯片组件、电子设备以及芯片组件的制备方法

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