(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状若しくはテープ状の絶縁体と、この絶縁体の裏面に設けられた導電体とを有した半導体チップ搭載用インターポーザーとを具備する半導体装置において、
半導体チップを搭載するための半導体チップ搭載部を上記半導体チップ搭載用インターポーザーの絶縁体の裏面に設けると共に、上記導電体のエッチングにより形成した外部端子としての複数の凸部とこの外部端子に付随する導体回路パターンとを、上記半導体チップ搭載部の周辺に設け、
上記半導体チップを上記半導体チップ搭載用インターポーザーの半導体チップ搭載部に固着すると共に、この半導体チップの電極パッドと上記導体回路パターンとを金属細線で接続し、
上記半導体チップを樹脂封止した
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体チップ搭載用インターポーザーを有する半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＱＦＰタイプの半導体装置の構造を図１３を参照して説明する。
同図の（ａ）に示すＱＦＰタイプの半導体装置３０は、半導体装置としては最も一般的なものである。
具体的には、同図の（ｂ）に示すように、半導体チップ６がダイボンド材７によりリードフレームの一部を成しているダイパッド２３上に接着されている。そして、半導体チップ６上の電極パッド（図示省略）と、同じくリードフレームの一部を成しているインナーリード２４とが金等から成るボンディングワイヤー８で接続されている。そして、それら全体が封止樹脂２５によりトランスファーモールド成形され、封止樹脂２５の周囲に入出力用のアウターリード２６が設けられている。
【０００３】
また、ＢＧＡタイプの半導体装置を図１４を参照して説明する。
このタイプの半導体装置４０は、半導体チップ６の入出力端子数の増大に対応してパッケージ外部端子のピッチを緩和する構造として近年提案されたものである。
具体的には、表裏両面に導体回路パターン（図示省略）が形成され、それらがスルーホールにより電気的に接続された樹脂基板２７を用いている。
すなわち、同図（ｂ）に示すように、樹脂基板２７の所定の位置に半導体チップ６がダイボンド材７により接着され、半導体チップ６上の電極パッドと樹脂基板２７上の導体回路パターン（図示省略）とが金等からなるボンディングワイヤー８で接続されている。そして、それら半導体チップ６，ボンディングワイヤー８，導体回路パターンが、封止樹脂２５によりトランスファーモールド成形され、入出力の外部端子としてハンダボール２８が樹脂基板２７裏面に設けられている。
これらの外部端子２８は、同図（ａ）の裏面図に示すように、樹脂基板２７面に２次元のアレイ状に配置されているので、周囲に配置されるＱＦＰ等の半導体装置よりも端子ピッチを広げることができる。
【０００４】
次に、従来のフィルムキャリヤを用いた半導体装置の構造と製造方法を、ＢＧＡタイプを例にして、図１５及び図１６を参照して説明する。
一素子単位のフィルムキャリヤの製造方法は、図１５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、絶縁体２と導電体３から成る２層基材の導電体３部にエッチングにより導体回路パターン３ｂを形成する。そして、図１５の（ｃ）に示すように、外部電極に相当する部分の絶縁体２をやはりエッチングにより除去して、外部電極部２ｂを形成し、しかる後、図１５の（ｄ）に示すように、半導体チップを搭載する部分の導体回路パターン３ｂ部に絶縁膜２９を塗布する。
これらの工程により所望のフィルムキャリヤ（半導体チップ搭載用インターポーザー）５０が得られる。
また、このフィルムキャリヤ５０を用いた半導体装置の製造方法は、図１６の（ａ）に示すように、フィルムキャリヤ５０の絶縁膜２９上に半導体チップ６をダイボンド材７により接着し、図１６の（ｂ）に示すように、その半導体チップ６の電極パッド６ａと導体回路パターン３ｂ上のボンド部とを、加熱されたヒートコラム上にて金等のボンディングワイヤー８で結線する。しかる後、図１６の（ｃ）に示すように、それをモールド金型に装着して、モールド金型のゲートより溶融したモールド樹脂２５を注入し、半導体チップ６，ボンディングワイヤー８，導体回路パターン３ｂ上のボンド部を封止する。そして、図１６の（ｄ）に示すように、フィルムキャリヤ５０裏面の外部電極部２ｂに複数のハンダボール電極３１を形成し、専用の外形カット金型に装着して、所定の位置にて当該フィルムをカットして半導体装置６０を完成させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体装置では次のような問題があった。
図１３に示したＱＦＰタイプの半導体装置３０では、入出力端子数の増大に伴って、半導体装置３０周囲のアウターリード２６の数が増えていくことから、半導体装置３０のサイズが大きくなり、実装面積が増大し、配線長も長くなるため、電気的な特性が劣化してしまうという問題点があった。
また、図１４に示したＢＧＡタイプの半導体装置４０では、樹脂基板２７の表裏面の間の電気的な接続を取る必要があるため、微細なスルーホールを形成し、そこにメッキをする等といった工程が入り、技術的な困難さに加えて、半導体チップ搭載用インターポーザーのコストアップ、ひいてはパッケージのコストアップにつながるという問題点があった。
また、このＢＧＡタイプの半導体装置４０において、ハンダボール２８を外部電極とする場合には、ハンダが比較的軟らかい金属であるために、最終測定工程やバーンイン工程において、ソケットによりハンダボール２８が変形し易く、回路基板に実装したときに、ハンダ付け不良を引き起こすという問題点もあった。さらに、ハンダボール２８を外部電極として持つタイプを回路基板に実装した後、冷熱サイクル試験に投入した場合、比較的早くまたは短いサイクルにて、ハンダと半導体チップ搭載用インターポーザーの界面やハンダ内部でクラックが生じ、接続不良を引き起こすという問題点もあった。
【０００６】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、製造コストを低減することができると共に高い動作信頼性を有する半導体装置及び半導体チップ搭載用インターポーザーを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、シート状若しくはテープ状の絶縁体と、この絶縁体の裏面に設けられた導電体とを有した半導体チップ搭載用インターポーザーとを具備する半導体装置において、半導体チップを搭載するための半導体チップ搭載部を半導体チップ搭載用インターポーザーの絶縁体の裏面に設けると共に、導電体のエッチングにより形成した外部端子としての複数の凸部とこの外部端子に付随する導体回路パターンとを、半導体チップ搭載部の周辺に設け、半導体チップを半導体チップ搭載用インターポーザーの半導体チップ搭載部に固着すると共に、この半導体チップの電極パッドと導体回路パターンとを金属細線で接続し、半導体チップを樹脂封止した構成としてある。
かかる構成により、半導体チップ搭載用インターポーザーは、片面のみの加工で得られるため、工程が簡略化される。また、外部端子は、導体回路パターンと一体化した導電体で形成されているため、冷熱の温度変化に対する耐性が強化される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、この発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
この半導体装置１０は、ＢＧＡタイプの装置であり、半導体チップ搭載用の半導体チップ搭載用インターポーザー１（以下単に「インターポーザー１」という）の裏面に半導体チップ６が搭載され、半導体チップ６が封止樹脂９で被覆された構造となっている。
具体的には、インターポーザー１は、矩形状の絶縁体２と、絶縁体２の半導体チップ搭載部２ａの周囲に設けられ且つＮｉ／Ａｕ等のメッキ４が施された複数の凸部３ａ（以下、「バンプ３ａ」という）とを具備している。
バンプ３ａは、導電体であり、その基部内側には、導体回路パターン３ｂが設けられている。
半導体チップ６は、このような絶縁体２の半導体チップ搭載部２ａにダイボンド材７を介して接着されており、その電極パッド６ａが金属細線である金ワイヤー８を介して導体回路パターン３ｂに接続されている。
【０００９】
次に、上記構成の半導体装置１０の製造方法について説明する。
図２は、インターポーザー１の製造工程図であり、図３はその裏面図であり、図４は半導体装置の製造工程図である。
まず、インターポーザー１を製造する。
すなわち、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、絶縁体２と導電体３からなる２層基材の導電体３部にハーフエッチングにより外部端子となる複数のバンプ３ａを形成する。
そして、図２の（ｃ）に示すように、ハーフエッチングにより薄くなった部分に、やはりエッチングで、バンプ３ａに付随する導体回路パターン３ｂと、半導体チップを搭載する半導体チップ搭載部２ａを形成する。
しかる後、図２の（ｄ）に示すように、バンプ３ａ及び導体回路パターン３ｂにＮｉ／Ａｕ等のメッキ４を施す。
これにより、図３にも示すような所望のインターポーザー１が得られる。なお、同図のインターポーザー１は、１素子単位のインターポーザーであって、外部端子（バンプ）３ａが４０個の一列配置になっている。なお、符号３５は、半導体チップの搭載可能な領域を示している。
【００１０】
そして、上記のように製造したインターポーザー１に半導体チップ６を装着して半導体装置１０を製造する。
すなわち、図４の（ａ）に示すように、インターポーザー１の半導体チップ搭載部２ａに半導体チップ６をダイボンド材７により接着した後、図４の（ｂ）に示すように、その半導体チップ６の電極パッド６ａと導体回路パターン３ｂ上のボンド部とを加熱されたヒートコラム上にて金ワイヤー８で結線する。
次に、図４の（ｃ）に示すように、液状の封止樹脂９を滴下して硬化させることにより、半導体チップ６，ワイヤー８，導体回路パターン３ｂ上のボンド部を封止し、図４の（ｄ）に示すように、カット金型等によって絶縁体２の外形を切断することにより、半導体装置１０の最終形態を得る。
【００１１】
（第２の実施形態）
図５は、この発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
この実施形態の半導体装置１２もＢＧＡタイプの装置であるが、インターポーザー１１に放熱機能を持たせた点が上記第１の実施形態と異なる。
すなわち、インターポーザー１１において、メッキ４が施された金属板である導電体３１が絶縁体２の表面に施され、絶縁体２の半導体チップ６搭載部分に、半導体チップ搭載用の孔２ｃが穿設されている。
そして、孔２ｃ内で露出した導電体３１の導電体面３１ｃに、半導体チップ６がダイボンド材７を介して接着され、半導体チップ６，金ワイヤー８，導体回路パターン３ｂが封止樹脂９で被覆されて、半導体装置１２が構成されている。
その他の構成は上記第１の実施形態の半導体装置１０と同様であるので、その記載は省略する。
【００１２】
次に、上記構成の半導体装置１２の製造方法について説明する。
図６は、インターポーザー１１の製造工程図であり、図７は半導体装置１２の製造工程図である。
まず、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、導電体３１と導電体３とこれら２層に挟持された絶縁体２とから成る３層基材において、導電体３にハーフエッチングにより複数のバンプ３ａを形成する。
そして、図６の（ｃ）に示すように、導電体３の薄くなった部分にやはりエッチングで導体回路パターン３ｂと半導体チップ搭載部２ａを形成する。
しかる後、図６の（ｄ）に示すように、半導体チップ搭載部２ａに対応する絶縁体の部分を除去して、導電体面３１ｃが露出するような孔２ｃを形成する。
最後に、図６に（ｅ）に示すように、バンプ３ａとプレート状の導電体３１にＮｉ／Ａｕ等のメッキ４を施すことにより所望のインターポーザー１１を得る。
【００１３】
そして、上記のようにして製造したインターポーザー１１に半導体チップ６を装着して半導体装置１２を製造する。
すなわち、図７の（ａ）に示すように、イーターポーザー１１の半導体チップ搭載用の孔２ｃに半導体チップ６を挿入して、プレート状に残した導電体面３１ｃに半導体チップ６をダイボンド材７により接着し、その半導体チップ６の電極パッド６ａと導体回路パターン３ｂ上のボンド部とを加熱されたヒートコラム上にて金ワイヤー８で結線する。
次に、図７の（ｂ）に示すように、液状の封止樹脂９を滴下して硬化させることにより、半導体チップ６，金ワイヤー８，導体回路パターン３ｂ上のボンド部を封止する。
最後に、図７の（ｃ）に示すように、カット金型等によって導電体３１と絶縁体２の外形を切断することにより、半導体装置１２の最終形態を得る。
【００１４】
この実施形態の半導体装置１２は、プレート状の導電体３１部を放熱板と見なすことにより、半導体チップ６をその放熱板上に直接固着しているので、放熱特性に優れたものとなる。
さらに、より一層の放熱性を得ようとする場合には、図８に示すように、放熱板である導電体３１上に放熱フィン２０等をダイボンド材７等により取り付けることで達成することができる。
【００１５】
（第３の実施形態）
図９は、この発明の第３の実施形態に係る半導体装置の要部を示す平面図である。
図９に示すように、この実施形態に係る半導体装置のインターポーザー１３は、上記第１及び第２の実施形態のインターポーザー１，１１の構成と略同様であり、異なっている点は、外部端子（バンプ）３ａを２列に配置している点である。なお、同図において、符号３６は、半導体チップ搭載可能な領域である。
このような構成により、上記インターポーザー１等の製造工程と同様の工程で、図９に示すような２列に配列された外部端子３ａを持つインターポーザー１３を得ることができる。
また、このインターポーザー１３を用いた半導体装置については、第１及び第２の実施形態と同様の工程を経て組み立てることにより、２列に配列された外部端子３ａを持つ半導体装置を得ることができる。
【００１６】
この実施形態にて得られる半導体装置は、外部端子３ａの配列を２列にしてあるので、１列のタイプよりも搭載可能な半導体チップ６のサイズの制約は大きくなるが、外周列の端子数が減るので、その分、半導体装置の実装面積を小さくすることができる。
ここで、図３と図９のインターポーザーの平面図を比較して見ると、これらは、同一端子数で同一端子ピッチ（端子間隔）の外部端子３ａを一列と２列に配置した場合であって、図９のインターポーザーは、端子配列を２列にしたことにより、搭載可能な半導体チップのサイズは図３より小さくなるが、半導体装置１３の外形サイズは小さくなる。
【００１７】
（第４の実施形態）
図１０は、この発明の第４の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。この実施形態の半導体装置１５も、ＢＧＡタイプの装置であるが、半導体チップ６を絶縁体２の表面側に装着し、絶縁体２の導通孔２ｄに金ワイヤー８を通して、半導体チップ６と導体回路パターン３ｂとを電気的に接続した点が上記第１ないし第３の実施形態と異なる。
具体的には、インターポーザー１４において、絶縁体２の裏面にバンプ３ａ及び導体回路パターン３ｂが形成され、バンプ３ａの表面にメッキ４が施されると共に、導体回路パターン３ｂの表面に絶縁フィルム２１が貼り付けられている。そして、半導体チップ６が絶縁体２の表面側に接着され、導通孔２ｄが絶縁体２に穿設されている。そして、導通孔２ｄ内の導体回路パターン３ｂ部分に施されたメッキ４と半導体チップ６の電極パッド６ａとを金ワイヤー８で接続した構成になっている。
【００１８】
次に、上記構成の半導体装置１５の製造方法について説明する。
図１１は、インターポーザー１４の製造工程図であり、図１２は半導体装置１５の製造工程図である。
まず、図１１の（ａ）〜（ｃ）に示すように、絶縁体２と導電体３とからなる２層基材の導電体３部にハーフエッチングにより複数のバンプ３ａを形成し、その薄くなった部分に、やはりエッチングにより導体回路パターン３ｂを形成する。
そして、図１１の（ｄ）に示すように、導体回路パターン３ｂ部を絶縁フィルム２１等で保護し絶縁する。
最後に、図１１の（ｅ）に示すように、絶縁体２の表面に、半導体チップ搭載部２ｅと、この半導体チップ搭載部２ｅの周囲部分を除去して形成した導通孔２ｄとを設け、導体回路パターン３ｂの一部を導通孔２ｄにおいて露出させておく。
そして、バンプ３ａと露出させた導体回路パターン３ｂ部とにＮｉ／Ａｕ等のメッキ４を施すことにより、所望のインターポーザー１４を得る。
【００１９】
そして、上記のように製造したインターポーザー１４の表面に半導体チップ６を装着して半導体装置１５を製造する。
すなわち、まず、図１２の（ａ）に示すように、インターポーザー１４の半導体チップ搭載部２ｅに半導体チップ６をダイボンド材７により接着し、その半導体チップ６の電極パッド６ａと一部露出させた導体回路パターン３ｂ部とを、導通孔２ｄを利用して、加熱されたヒートコラム上にて金ワイヤー８で結線する。次に、図１２の（ｂ）に示すように、モールド金型に装着して、モールド金型のゲートより溶融したモールド樹脂２２を注入して、半導体チップ６，金ワイヤー８，導体回路パターン３ｂ上のボンド部を封止する。
そして、図１２の（ｃ）に示すように、カット金型等によって絶縁体２の外形を切断することにより、半導体装置１５の最終形態を得る。
【００２０】
この実施形態において、図４及び図７に示した液状樹脂９の滴下による封止ではなく、モールド金型を用いたモールド樹脂２２（トランスファーモールド）による封止を用いたのは、次のような理由による。
液状樹脂９の滴下による封止を行う場合、その封止形状を決定するのは、液状樹脂９の粘土や表面張力等によるため、経時変化が避けられず、一定の形状を保つことが難しいのに加えて、形成時に必ず、表面がある程度の曲面となってしまう。一方、半導体装置を回路基板に実装する際には、一般的に半導体装置の上面を真空吸着にて保持し、回路基板上に搭載しているので、半導体装置の上面が一定の水平面になっていないと真空吸着ができない。そこで、この実施形態のように、上面を封止する必要があるタイプの半導体装置１５は、モールド金型を用いたモールド樹脂２２で一定の水平面を形成した。
【００２１】
なお、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
上記各実施形態では、ＢＧＡ型半導体装置を例として説明してきたが、それに限定される必要はなく、ＬＧＡ型やＰＧＡ型の半導体装置であっても、モールド樹脂のサイズ内に外部端子（外部電極）が形成された半導体装置であれば、何れも適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、この発明の半導体装置によれば、インターポーザーの絶縁体の片面に、エッチングにより導体回路パターンと外部端子が形成され、絶縁体の所定位置に半導体チップ搭載部が形成されたインターポーザーに、半導体チップを固着し、この半導体チップ上の電極パッドと導体回路パターンとを金属細線にて電気的に接続した構成としたので、インターポーザーは、片面の加工のみで得られ、この結果、両面の導通を取るためのスルーホールの形成や、そこへのメッキ等の工程が不要となる。また、外部端子がインターポーザーの方に形成されているために、ハンダボール等の搭載工程が不要となる。さらに、樹脂封止を液状樹脂で行うなら、トランスファーモールド用金型が不要となる等、工程の簡素化を図ることができる。かかる点からこの発明の半導体装置を用いることで、製造コストの低減を図ることができるという優れた効果を得ることができる。
さらに、この発明で用いる加工技術も一般的なエッチングやメッキ等で済み、半導体装置の組立て工程も、一般的な従来の樹脂封止型半導体装置の組立て工程と何ら変わることがないため、既存のインフラを使用することができ、この結果、製造設備コストの低減化を図ることができる。
また、外部端子は、導体回路パターンと一体化した金属剛体で形成されているため、回路基板に実装した後、冷熱サイクル試験に投入した際に、基板と半導体装置間の熱膨張・収縮の差による応力が外部端子部に発生しても、外部端子そのものが破壊されることはない。すなわち、温度環境に対する耐性の強化が図られている。
また、従来のＢＧＡタイプの半導体装置は、外部端子が半導体装置下面に２次元のアレイ状に配置されているため、回路基板に実装した後のハンダ付け検査が、目視では不可能であり、Ｘ線による検査等を用いる必要があったが、この発明の半導体装置においては、外部端子を半導体装置の外周部に１列に配置することにより、回路基板に実装した後のハンダ付け不良等の検査を目視で容易に行うことができる。
さらに、インターポーザーの上記外部端子の配列を２列にすることにより、搭載可能な半導体チップのサイズは小さくなるが、半導体装置の外形サイズは従来より小さくて済み、装置のコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置に適用された半導体チップ搭載用インターポーザーの製造工程図である。
【図３】図１の半導体チップ搭載用インターポーザーの裏面図である。
【図４】図１の半導体装置の製造工程図である。
【図５】この発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図６】図５の半導体装置に適用された半導体チップ搭載用インターポーザーの製造工程図である。
【図７】図５の半導体装置の製造工程図である。
【図８】図５の半導体装置に放熱フィンを取り付けた状態を示す断面図である。
【図９】この発明の第３の実施形態に係る半導体装置の要部を示す裏面図である。
【図１０】この発明の第４の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１１】図１０の半導体装置に適用された半導体チップ搭載用インターポーザーの製造工程図である。
【図１２】図１０の半導体装置のの製造工程図である。
【図１３】従来のＱＦＰタイプの半導体装置を示す裏面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図１４】従来のＢＧＡタイプの半導体装置を示す裏面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図１５】図１４の半導体装置に適用された半導体チップ搭載用インターポーザーの製造工程図である。
【図１６】図１４の半導体装置の製造工程図である。
【符号の説明】
１…半導体チップ搭載用インターポーザー、  ２…絶縁体、  ２ａ，２ｅ…半導体チップ搭載部、  ２ｃ…半導体チップ搭載用の孔、  ２ｄ…導通孔、  ３，３１…導電体、  ３ａ…凸部（バンプ）、  ３ｂ…導体回路パターン、  ６…半導体チップ、  ６ａ…電極パッド、  ８…金属細線。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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