JPH11354669A - ボ―ルグリッドアレイ型半導体パッケ―ジ及びその製造方法 - Google Patents

ボ―ルグリッドアレイ型半導体パッケ―ジ及びその製造方法

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JPH11354669A JP11094767A JP9476799A JPH11354669A JP H11354669 A JPH11354669 A JP H11354669A JP 11094767 A JP11094767 A JP 11094767A JP 9476799 A JP9476799 A JP 9476799A JP H11354669 A JPH11354669 A JP H11354669A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のBGA 半導体パッケージの長所を生かしつ
つ、実装密度を高めて集積度を向上し得る導体パッケー
ジ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】支持部材２１を形成し、パッド６を有する
半導体チップ１の上部に金属パターン４を接着して該金
属パターン４の一部を露出させた後、前記半導体チップ
１を前記支持部材２１の内部に収納させ、前記金属パタ
ーン４を前記パッド６に接続させて上側金属導電経路４
a 及び金属リード４b を屈曲形成し、該金属リード４b
の一端を前記金属線２６の上面に接続させ、上側ソルダ
ーレジスト５によって被覆された部位を残して、支持部
材２１の上部を封止材２８で密封した後、上側ソルダー
レジスト５の一部を取り除き、前記上側金属導電経路４
a の露出部位に複数の導電ボール８a を接着して、BGA
半導体パッケージの製造を完了する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップのパ
ッケージに係るもので、詳しくは、積層可能なボールグ
リッドアレイ型（Ball Grid Array ；以下、BGA と称
す）半導体パッケージの構造及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】高集積化された多ピンパッケージとし
て、一般的には、半導体基板（Substrate ）に複数個の
ソルダーボール（導電ボール）を接着して外部端子とし
て利用するBGA 半導体パッケージが広用されており、特
に、マイクロBGA 半導体パッケージにおいては、半導体
基板の上面又は下面に複数個のソルダーボールを熱的に
接着して製造するため、生産性が高くなおかつ外部端子
が球状であるため外部からの衝撃に対しても容易に変形
されないという長所がある。
【０００３】そして、このような従来のBGA 半導体パッ
ケージについては、図８に示すように、半導体チップ１
の上面中央部にエラストマー（elastomer ）２が接着さ
れ、該エラストマー２の上面には粘着性の高い接着性樹
脂３により電気信号を伝達する金属導電経路（Metal T
race）４ａが間断的に接着され、該金属導電経路４ａの
両端部からは金属リード４ｂが、前記半導体チップ１の
上面両側縁部に配設された各パッド６に延長して接続さ
れている。そして、前記金属導電経路４ａの導電ボール
８の接着される部分以外の他の部分及び前記接着性樹脂
３の上面は、ソルダーレジスト５により被覆され、該ソ
ルダーレジスト５により被覆されていない前記半導体チ
ップ１の上面及び前記金属リード４ｂはそれぞれ封止材
７により密封されている。また、前記金属導電経路４ａ
の上面に複数の導電ボール８が接着形成され、外部端子
としての役割を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように構
成された従来のBGA 半導体パッケージにおいては、外部
端子である導電ボールがパッケージの片面（図面では上
面）のみに接着されているため、実装密度の高い高集積
度の積層パッケージは製造することができないという問
題がある。
【０００５】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたもので、従来のBGA 半導体パッケージの長所を
生かしつつ、実装密度を高めて集積度を向上し得る半導
体パッケージ及びその製造方法を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
支持板と、該支持板の端縁部を上方に突出させて形成さ
れた所定高さの支持フレームと、該支持フレームの内部
に縦方向に埋設されて、該支持フレームの上面及び下面
に露出された金属線と、前記支持板の下面に形成されて
前記金属線と接続された下側金属導電経路と、前記下側
金属導電経路の一部を被覆する下側ソルダーレジスト
と、前記下側金属導電経路を部分的に露出して形成され
た接続部と、を有する断面凹字状の支持部材と、上面縁
部にパッドを有し、前記支持部材の内部に収納された半
導体チップと、該半導体チップの上方に配設された上側
金属導電経路と、該上側金属導電経路の端部であって、
前記半導体チップのパッドに接続されると共に、前記支
持フレームの上面へ延長形成されて、前記金属線の上面
に接続された金属リードと、前記上側金属導電経路の上
面に接着された複数の導電ボールと、前記上側金属導電
経路の上面の導電ボール接着部分を除く部分を被覆する
上側ソルダーレジストと、前記導電ボール接着部分及び
上側ソルダーレジストによって被覆された部位を残し
て、支持部材の上部を密閉する封止材と、を備えて構成
されたことを特徴とする。
【０００７】請求項２に係る発明は、前記接続部には、
複数の導電ボールがそれぞれ接着されることを特徴とす
る。請求項３に係る発明は、前記上側金属導電経路は、
前記半導体チップの上部にエラストマーを介在して接着
されることを特徴とする。
【０００８】請求項４に係る発明は、支持板と、該支持
板の端縁部を上方に突出させて形成された所定高さの支
持フレームと、該支持フレームの内部に縦方向に埋設さ
れて、該支持フレームの上面及び下面に露出された金属
線と、前記支持板の下面に形成されて前記金属線と接続
された下側金属導電経路と、前記下側金属導電経路の一
部を被覆する下側ソルダーレジストと、前記下側金属導
電経路を部分的に露出して形成された接続部と、を有す
る断面凹字状の支持部材を形成する工程と、上面縁部に
パッドを有する半導体チップの上方に該半導体チップの
外方側まで延長形成される金属パターンを配設する工程
と、該金属パターンの上面に上側ソルダーレジストを被
覆する工程と、前記半導体チップを前記支持部材の内部
に収納させる工程と、前記金属パターンを前記パッドに
接続させて上側金属導電経路及び金属リードを形成する
工程と、該金属リードの端部を前記金属線の上面に接続
させる工程と、前記上側ソルダーレジストによって被覆
された部位を残して、前記支持部材の上部を封止材によ
り密閉する工程と、該上側ソルダーレジストの一部を除
去して前記上側金属導電経路の一部を露出させる工程
と、前記上側金属導電経路が露出した部位に、複数の導
電ボールを接着する工程と、を順次行うことを特徴とす
る。
【０００９】請求項５に係る発明は、前記半導体チップ
の上方に金属パターンを配設する工程は、上面及び下面
に粘着性の高い接着性樹脂を塗布したエラストマーを半
導体チップの上面に接着する工程と、前記エラストマー
の上面に金属パターンを載置して接着する工程と、を順
次行うことを特徴とする。
【００１０】請求項６に係る発明は、前記金属パターン
をパッドに接続させる工程は、ボンドツールを上方から
下方に押した後、該ボンドツールを上下左右に摺動させ
て行うことを特徴とする。
【００１１】請求項７に係る発明は、前記導電ボールを
前記半導体チップの上方の上側金属導電経路に接着する
工程は、該上側金属導電経路が露出した部位に複数の導
電ボールを載置させる工程と、リフローする工程と、を
順次行うことを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、半導体チップの上面及
び下面の両面に導電ボールを載置したので、外部リード
を変形せずにパッケージの多ピン化を図ることができる
BGA 半導体パッケージの長所を維持して信頼性を確保す
ると同時に、半導体パッケージの実装密度を高めること
ができる。
【００１３】また、多層回路基板に半導体パッケージを
実装するとき、エラストマーが緩衝部材として作用する
ので、半導体チップと金属導電経路、金属リード及び金
属線のそれぞれの熱膨張係数差が大きいために発生する
電気的な接続不良を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づいて説明する。図１に、本発明に係るBG
A 半導体パッケージの第１の実施の形態を示す。まず、
半導体チップ１が収納される断面が凹字状の支持部材２
１として、板状の支持板２３が形成され、該支持板２３
の端縁部を上方に突出させて所定高さの支持フレーム２
５が形成され、前記支持板２３の下面には下側金属導電
経路２４a が後述する半導体チップ１の上部に接着形成
される上側金属導電経路４a と位置関係を対応させて形
成されている。
【００１５】そして、前記下側金属導電経路２４a 及び
前記支持板２３の表面は下側ソルダーレジスト２７によ
り被覆される。該下側ソルダーレジスト２７は、BGA 半
導体パッケージの外部端子である複数の導電ボール８a
と下側金属導電経路２４a 間とのショート（Short ）を
防止し、該下側金属導電経路２４a を外部の衝撃から保
護する役割を有する。
【００１６】そして、前記下側ソルダーレジスト２７が
部分的に除去されて下側金属導電経路２４a が部分的に
露出され、該露出された部位が接続部２４b として形成
されるが、該接続部２４b の位置は、前記半導体チップ
１の上部の上側金属導電経路４a 上に接着される各導電
ボール８a の位置と対応した位置に形成される。
【００１７】また、前記支持フレーム２５の内部には導
電経路となる金属線２６が縦方向に埋設され、該金属線
２６の一端は前記支持板２３に形成された下側金属導電
経路２４a の一端と接続され、他端は前記支持フレーム
２５の上面に露出している。
【００１８】このように構成された支持部材２１の内部
に半導体チップ１が収納され、接着剤により接着され、
該半導体チップ１の上面中央にはエラストマー２が接着
され、該エラストマー２の上面には粘着性の高い接着性
樹脂３を介して電気信号を伝達する上側金属導電経路４
a が接着され、前記エラストマー２の外方側に前記上側
金属導電経路４a の両端が屈曲延長されて金属リード４
b が形成され、該金属リード４b は前記半導体チップ１
の上面縁部に形成されたパッド６に接続された後、前記
支持フレーム２５の上面に露出された前記金属線２６の
表面と接続されている。
【００１９】そして、前記半導体チップ１の上部の上側
金属電導経路４a の上面所定部位に複数の導電ボール８
a が付着され、それら導電ボール８a の接着された部分
以外の上側金属電導経路４a 及び前記接着樹脂３の上面
は上側ソルダーレジスト５により被覆され、該上側ソル
ダーレジスト５により被覆されてない前記半導体チップ
１の上面の前記金属リード４b 及び前記支持フレーム２
５の上部は封止材（encapsulation ）２８により密封さ
れて、本発明の第１の実施の形態に係るBGA 半導体パッ
ケージが構成されている。
【００２０】このような構成にしたことにより、該半導
体チップ１からの出力信号が、前記半導体チップ１上の
パッド６を経て上側金属導電経路４a 上の導電ボール８
a 及び前記支持部材２１下面の接続部２４b をそれぞれ
経由して同時に外部に伝達されるようになっているた
め、前記半導体チップ１の上部の導電ボール８a 及び前
記半導体チップ１の下部の接続部２４b を利用すること
により、多段に積層された半導体パッケージを製造する
ことができる。
【００２１】図２に、本発明に係るBGA 半導体パッケー
ジの第２の実施の形態を示す。第２の実施の形態は、前
記支持部材２１の下面の下側金属導電経路２４a のう
ち、ソルダーレジスト２７から露出された接続部２４b
にもそれぞれ導電ボール８b を接着したものであり、そ
の以外の構成は、上述した第１の実施の形態と同様であ
る。
【００２２】このような構成にしたことにより、各導電
ボール８a 、８b を経て半導体チップ１の上方側及び下
方側に信号が伝達されるため、該導電ボール８a 、８b
を利用してBGA 半導体パッケージを複数の層に積層する
ことが可能となって、パッケージの実装密度が向上す
る。
【００２３】図３に、本発明の第１の実施の形態を利用
して製造した積層BGA 半導体パッケージを示す。図３に
おいて、最下層（第１層）のBGA 半導体パッケージ１０
０の上面に複数の導電ボール１０８a が接着形成され、
該各導電ボール１０８a は第２層のBGA 半導体パッケー
ジ１１０の下部の接続部２４b にそれぞれ連結され、前
記第２層のBGA 半導体パッケージ１１０の上面に形成さ
れた複数の導電ボール１１８a は第３層のBGA 半導体パ
ッケージ１２０の下部の接続部２４b にそれぞれ連結さ
れ、前記第３層のBGA 半導体パッケージ１２０の上面に
形成された複数の導電ボール１２８a は第４層のBGA 半
導体パッケージ１３０の下部の接続部２４b にそれぞれ
連結されている。
【００２４】ここで、図３には、４つのBGA 半導体パッ
ケージを積層した場合の積層半導体パッケージが表示さ
れているが、積層数はシステム設計者の意図に応じて自
由に調節することができる。
【００２５】また、最上層のBGA 半導体パッケージ１３
０の導電ボール１３８a は、印刷回路基板PCB のパッド
（図示せず）上で外部回路との信号伝達の役割を有する
外部端子となる。
【００２６】次に、本発明に係るBGA 半導体パッケージ
の製造方法について、図面に基づいて説明する。まず、
図４（Ａ）に示すように、断面凹字状の支持部材２１を
形成するが、該支持部材２１は、板状の支持板２３と、
該支持板２３の端縁部を上方に突出させて形成された所
定高さの支持フレーム２５と、該支持フレーム２５の内
部に縦方向に埋設されて、該支持フレーム２５の上面及
び下面に露出された金属線２６と、前記支持板２３の下
面に形成されて前記金属線２６と接続された下側金属導
電経路２４ａと、前記下側金属導電経路２４ａの一部を
被覆する下側ソルダーレジスト２７と、前記下側金属導
電経路２４ａを部分的に露出して形成された接続部２４
ｂと、から構成されている。
【００２７】次に、図５（Ｂ）に示すように、上面に信
号入出力用パッドを有する半導体チップ１の上面に、上
面及び下面に接着性樹脂３が塗布されたエラストマー２
を接着し、該エラストマー２の上面に金属パターン４を
接着する。ここで、該金属パターン４の両端は前記エラ
ストマー２の外方側に延長形成され、各端部にはノッチ
（notch ）がそれぞれ形成されており、小さな衝撃を加
えるだけでも該ノッチを境界として前記金属パターン４
の端部が容易に切断されるようになっている。その後、
上側ソルダーレジスト５により前記金属パターン４及び
接着性樹脂３の上面を被覆する。
【００２８】次に、図５（Ｃ）に示すように、前記支持
部材２１の内側に前記半導体チップ１を収納する。次
に、図５（Ｄ）に示すように、ボンドツール（bond to
ol）３０を利用して、前記エラストマー２の外方側に延
長形成された前記金属パターン４の所定部位を下向きに
押し曲げた後、上下左右に折り曲げ成形して前記半導体
チップ１上のパッド６と接続させる。ここで、前記エラ
ストマー２の上面の金属パターン４を上側金属導電経路
４a と称し、前記パッド６と接続された部分及びその外
側の部分を金属リード４b と称す。
【００２９】次に、図６（Ｅ）に示すように、前記ボン
ドツール３０を下向きに押しながら上下左右に摺動する
ことにより、前記半導体チップ１の外方側に延長された
金属リード４b のノッチから外側部を切断させると共
に、前記金属リード４b の端部を前記支持フレーム２５
に縦方向に埋立された金属線２６の上面に連結させる。
【００３０】次に、図６（Ｆ）に示すように、上側ソル
ダーレジスト５によって被覆された部位を除いて、支持
部材２１の上部に液状の封止材２８を充填して封止部を
形成した後、上側金属導電経路４ａ上方の上側ソルダー
レジスト５を部分的に除去して、該除去された部分の前
記上側金属導電経路４a を露出させる。
【００３１】次に、図６（Ｇ）に示すように、前記上側
金属導電経路４a が露出した部位に複数の導電ボール８
a を載置し、リフローにより接着させて、本発明に係る
BGA半導体パッケージの製造を終了する。
【００３２】また、図７（Ｈ）に示すように、前記支持
板２３の下面の接続部２４b にも複数の導電ボール８b
を接着させる工程を追加して、本発明に係るBGA 半導体
パッケージの製造方法の第２の実施の形態を終了する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るBGA 半導体パッケージの第１の実
施の形態を示した縦断面図
【図２】本発明に係るBGA 半導体パッケージの第２の実
施の形態を示した縦断面図
【図３】本発明に係るBGA 半導体パッケージを多層に積
層した積層BGA 半導体パッケージを示した縦断面図
【図４】（Ａ）本発明に係るBGA 半導体パッケージの製
造方法を示した第１工程縦断面図
【図５】（Ｂ）〜（Ｄ）本発明に係るBGA 半導体パッケ
ージの製造方法を示した第２工程縦断面図
【図６】（Ｅ）〜（Ｇ）本発明に係るBGA 半導体パッケ
ージの製造方法を示した第３工程縦断面図
【図７】（Ｈ）本発明に係るBGA 半導体パッケージの製
造方法を示した第４工程縦断面図
【図８】従来のBGA 半導体パッケージを示した縦断面図
【符号の説明】
１：半導体チップ ２１：支持部材 ２：エラストマー ２３：支持板 ３：接着性樹脂 ２４a ：下側金属
導電経路 ４：金属パターン ２４b ：接続部 ４a ：上側金属導電経路 ２５：支持フレー
ム ４b ：金属リード ２６：金属線 ５：上側ソルダーレジスト ２７：下側ソルダ
ーレジスト ６：パッド ２８：封止材 ８a 、８b 、１０８a 、１１８a 、１２８a 、１３８a
：導電ボール ３０：ボンドツール

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】支持板と、該支持板の端縁部を上方に突出
    させて形成された所定高さの支持フレームと、該支持フ
    レームの内部に縦方向に埋設されて、該支持フレームの
    上面及び下面に露出された金属線と、前記支持板の下面
    に形成されて前記金属線と接続された下側金属導電経路
    と、前記下側金属導電経路の一部を被覆する下側ソルダ
    ーレジストと、前記下側金属導電経路を部分的に露出し
    て形成された接続部と、を有する断面凹字状の支持部材
    と、 上面縁部にパッドを有し、前記支持部材の内部に収納さ
    れた半導体チップと、 該半導体チップの上方に配設された上側金属導電経路
    と、 該上側金属導電経路の端部であって、前記半導体チップ
    のパッドに接続されると共に、前記支持フレームの上面
    へ延長形成されて、前記金属線の上面に接続された金属
    リードと、 前記上側金属導電経路の上面に接着された複数の導電ボ
    ールと、 前記上側金属導電経路の上面の導電ボール接着部分を除
    く部分を被覆する上側ソルダーレジストと、 前記導電ボール接着部分及び上側ソルダーレジストによ
    って被覆された部位を残して、支持部材の上部を密閉す
    る封止材と、 を備えて構成されたことを特徴とするボールグリッドア
    レイ型半導体パッケージ。
  2. 【請求項２】前記接続部には、複数の導電ボールがそれ
    ぞれ接着されることを特徴とする請求項１に記載のボー
    ルグリッドアレイ型半導体パッケージ。
  3. 【請求項３】前記上側金属導電経路は、前記半導体チッ
    プの上部にエラストマーを介在して接着されることを特
    徴とする請求項１又は請求項２に記載のボールグリッド
    アレイ型半導体パッケージ。
  4. 【請求項４】支持板と、該支持板の端縁部を上方に突出
    させて形成された所定高さの支持フレームと、該支持フ
    レームの内部に縦方向に埋設されて、該支持フレームの
    上面及び下面に露出された金属線と、前記支持板の下面
    に形成されて前記金属線と接続された下側金属導電経路
    と、前記下側金属導電経路の一部を被覆する下側ソルダ
    ーレジストと、前記下側金属導電経路を部分的に露出し
    て形成された接続部と、を有する断面凹字状の支持部材
    を形成する工程と、 上面縁部にパッドを有する半導体チップの上方に該半導
    体チップの外方側まで延長形成される金属パターンを配
    設する工程と、 該金属パターンの上面に上側ソルダーレジストを被覆す
    る工程と、 前記半導体チップを前記支持部材の内部に収納させる工
    程と、 前記金属パターンを前記パッドに接続させて上側金属導
    電経路及び金属リードを形成する工程と、 該金属リードの端部を前記金属線の上面に接続させる工
    程と、 前記上側ソルダーレジストによって被覆された部位を残
    して、前記支持部材の上部を封止材により密閉する工程
    と、 該上側ソルダーレジストの一部を除去して前記上側金属
    導電経路の一部を露出させる工程と、 前記上側金属導電経路が露出した部位に、複数の導電ボ
    ールを接着する工程と、を順次行うことを特徴とするボ
    ールグリッドアレイ型半導体パッケージの製造方法。
  5. 【請求項５】前記半導体チップの上方に金属パターンを
    配設する工程は、上面及び下面に粘着性の高い接着性樹
    脂を塗布したエラストマーを半導体チップの上面に接着
    する工程と、前記エラストマーの上面に金属パターンを
    載置して接着する工程と、を順次行うことを特徴とする
    請求項４に記載のボールグリッドアレイ型半導体パッケ
    ージの製造方法。
  6. 【請求項６】前記金属パターンをパッドに接続させる工
    程は、ボンドツールを上方から下方に押した後、該ボン
    ドツールを上下左右に摺動させて行うことを特徴とする
    請求項４又は請求項５に記載のボールグリッドアレイ型
    半導体パッケージの製造方法。
  7. 【請求項７】前記導電ボールを前記半導体チップの上方
    の上側金属導電経路に接着する工程は、該上側金属導電
    経路が露出した部位に複数の導電ボールを載置させる工
    程と、リフローする工程と、を順次行うことを特徴とす
    る請求項４〜請求項６のいずれか１つに記載のボールグ
    リッドアレイ型半導体パッケージの製造方法。
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