(57)【要約】【課題】短い開発期間かつ低コストで薄型化を阻害することなく半導体装置の反りを低減することが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】配線基板１と、配線基板１の一面に搭載された半導体チップ２と、半導体チップ２を覆うように配線基板１の一面に設けられた封止樹脂７と、封止樹脂７の弾性率より低い弾性率を有し、配線基板１と封止樹脂７の間に配置された低弾性樹脂８とを有する半導体装置１００。【選択図】図１
2014013836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、
前記配線基板の一面に搭載された半導体チップと、
前記半導体チップを覆うように、前記配線基板の前記一面に設けられた封止樹脂と、  前記封止樹脂の弾性率より低い弾性率を有し、前記配線基板と前記封止樹脂の間に配置された低弾性樹脂とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記低弾性樹脂は、前記配線基板と前記封止樹脂の間の緩衝材として作用して前記半導体装置の反りを低減することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記低弾性樹脂は、前記半導体チップの外側に略枠状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記低弾性樹脂の幅を変更することにより前記半導体装置の反りを調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体チップは略長方形状であり、かつ横方向における前記半導体チップの端部と前記配線基板の端部の間の第１の領域が、縦方向における前記半導体チップの端部と前記配線基板の端部の間の第２の領域よりも広く構成され、
前記低弾性樹脂は、前記第１の領域にのみ縦方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記低弾性樹脂は、前記前記半導体チップの上面には配置されておらず、前記半導体チップの側面を覆うよう配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記低弾性樹脂は、シリコーン樹脂又はアンダーフィルから成ることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
配線基板と、
前記配線基板の一面に搭載された第１の半導体チップと、
前記第１の半導体チップからオーバーハングするように前記第１の半導体チップ上に積層された第２の半導体チップと、
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップを覆うように、前記配線基板の前記一面に設けられた封止樹脂と、
前記封止樹脂の弾性率より低い弾性率を有し、前記配線基板と前記封止樹脂の間に配置された低弾性樹脂とを有し、
前記第２の半導体チップのオーバーハング部が、前記低弾性樹脂の上方に位置することを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
前記第１の半導体チップ上にも前記低弾性樹脂を配置したことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記低弾性樹脂は、前記配線基板と前記封止樹脂の間の緩衝材として作用して前記半導体装置の反りを低減することを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、ＢＧＡ（Ball Grid Array）型の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なＢＧＡ（Ball Grid Array）型半導体装置は、配線基板に搭載された半導体チップと、半導体チップの電極パッドと配線基板の接続パッドとを電気的に接続するボンディングワイヤを有する。
【０００３】
これに関連する技術として、例えば、特開２０１１−５４７７１号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、配線基板上に半導体チップを搭載し、半導体チップを覆うように配線基板上に封止樹脂を配置したＢＧＡ型の半導体装置と、封止後に封止樹脂に荷重をかけながらベークすることで反りを低減する技術が開示されている。
【０００４】
上記ＢＧＡ型の半導体装置では、配線基板、半導体チップ及び封止樹脂は、それぞれ異なる材料から構成されているため、半導体装置に反りが発生する。上記特許文献１のように、封止後、封止樹脂に荷重をかけながらベークすることで、ある程度の反り量を減らすことは可能であるが、反り量が大きい場合には荷重ベークだけで実装に問題ないレベルまで反りを減らすことができない恐れがある。
【０００５】
そのため、開発段階で、配線基板や封止樹脂の材料変更により半導体装置の反りを調整する必要がある。この半導体装置の反りの調整には、例えば、配線基板や封止樹脂の材料変更による試作を繰り返すために、開発期間が延び、半導体装置のコストアップにもつながる。
【０００６】
そこで、配線基板と半導体素子（半導体チップ）との接続部分の低応力化のために、半導体素子を低弾性樹脂で覆う技術がある（特開２００６−１２０９３５号公報（特許文献２）参照）。
【０００７】
しかし、特許文献２のように、半導体チップ上に低弾性樹脂を配置すると、低弾性樹脂にはマークを形成するのが困難であるため、低弾性樹脂の上にも封止樹脂を配置する必要が生じる。そのため、半導体チップ上の封止樹脂の厚さが大きくなり、半導体装置の薄型化を阻害するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−５４７７１号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、短い開発期間かつ低コストで薄型化を阻害することなく半導体装置の反りを低減することが可能な半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る半導体装置は、
配線基板と、  前記配線基板の一面に搭載された半導体チップと、
前記半導体チップを覆うように、前記配線基板の前記一面に設けられた封止樹脂と、  前記封止樹脂の弾性率より低い弾性率を有し、前記配線基板と前記封止樹脂の間に配置された低弾性樹脂とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の態様に係る半導体装置は、
配線基板と、  前記配線基板の一面に搭載された第１の半導体チップと、
前記第１の半導体チップからオーバーハングするように前記第１の半導体チップ上に積層された第２の半導体チップと、  前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップを覆うように、前記配線基板の前記一面に設けられた封止樹脂と、  前記封止樹脂の弾性率より低い弾性率を有し、前記配線基板と前記封止樹脂の間に配置された低弾性樹脂とを有し、
前記第２の半導体チップのオーバーハング部が、前記低弾性樹脂の上方に位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、短い開発期間かつ低コストで薄型化を阻害することなく半導体装置の反りを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の組立フローを示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ’断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ’断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＨ−Ｈ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）  図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【００１６】
第１の実施形態に係る半導体装置１００では、図１に示すように、配線基板１の一面上に半導体チップ２が接着部材３を介して搭載されている。配線基板１は、例えば、ガラスエポキシ基材からなる配線基板である。
【００１７】
半導体チップ２上の周辺には、電極パッド４が配置されている。半導体チップ２の電極パッド４は、ワイヤ５によって配線基板１の接続パッド６に電気的に接続されている。配線基板１の一面には封止樹脂７が形成されており、半導体チップ２及びワイヤ５は封止樹脂７で覆われている。なお、配線基板１の一面にはソルダーレジソト膜１１が形成されている。一方、配線基板１の他面のランド９上には、はんだボール１０が搭載されている。
【００１８】
第１の実施形態に係る半導体装置１００では、図１（ｂ）に示すように、配線基板１と封止樹脂７との間に、低弾性樹脂８が配置されている。低弾性樹脂８は、封止樹脂７の弾性率よりも小さい弾性率を有する材料、例えばシリコーン樹脂やアンダーフィルで形成されている。低弾性樹脂８は、図１（ａ）に示すように、半導体チップ２の搭載位置の外側に略枠状に形成されている。
【００１９】
このように、配線基板１と封止樹脂７の間に、封止樹脂７の弾性率より小さい弾性率を有する低弾性樹脂８を配置した。これにより、低弾性樹脂８が、配線基板１と封止樹脂７の間の緩衝材となり、封止樹脂７の硬化収縮による影響を小さくし、半導体装置１００の反りを低減できる。さらに、開発段階での反りの調整も容易になり、開発期間の短縮及び開発コストの低減を図ることができる。
【００２０】
次に、図２を参照して、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図１をも使用して説明する。ここで、図２は、第１の実施形態に係る半導体装置１００の組立フローを示す断面図である。
【００２１】
まず、図２（ａ）に示すように、配線基板１が準備される。配線基板１は絶縁基材１２で形成されており、一面に絶縁膜１３と接続パッド６が形成されている。一方、配線基板１の他面には、絶縁膜１４とランド９が形成されている。さらに、配線基板１にはダイシングライン１５が設けられている。
【００２２】
そして、半導体チップ２の搭載前に、図示しない塗布装置のディスペンサーによって、配線基板１のチップ搭載位置の外側に枠状に描画するように低弾性樹脂８を供給する。次に、配線基板１に供給された低弾性樹脂８を所定の温度でキュアすることで硬化させる。
【００２３】
このように、配線基板１の周囲に略枠状に低弾性樹脂８を配置したことで、薄い配線基板１の剛性を高めることができ、薄い配線基板１のハンドリング性を向上できる。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示すように、裏面に接着部材３が形成された半導体チップ２が配線基板１に搭載される。そして、半導体チップ２の電極パッド４と配線基板１の接続パッド６とをワイヤ５により電気的に接続する。
【００２５】
ここで、ワイヤ５は例えばＡｕ等からなり、図示しないワイヤボンディング装置により、溶融され先端にボールが形成されたワイヤ５を半導体チップ２の電極パッド４上に超音波熱圧着することで接続し、その後、所定のループ形状を描き、ワイヤ５の後端を対応する接続パッド６上に超音波熱圧着することで結線される。
【００２６】
次に、図２（ｃ）に示すように、一括モールドすることで、配線基板１の一面上に封止樹脂７が形成される。封止樹脂２は、例えば、図示しないトランスファーモールド装置の上型と下型からなる成形金型で、配線基板２を型締めし、ゲートから上型と下型によって形成されたキャビティ内に熱硬化性のエポキシ樹脂を圧入させ、キャビティ内に充填された後、熱硬化させることで形成される。
【００２７】
次に、図２（ｄ）に示すように、配線基板１の他面のランド９上にはんだボール１０を搭載して外部端子（バンプ電極）を形成する。ボールマウント工程では、配線基板１上のランド９の配置に合わせて複数の吸着孔が形成された図示しない吸着機構を用いて、はんだボール１０を吸着孔に保持し、保持されたはんだボール１０にフラックスを転写形成し、配線基板１のランド９に一括搭載する。ボール搭載後、リフローすることで外部端子が形成される。
【００２８】
次に、図２（ｅ）に示すように、外部端子の形成された配線基板１は、ダイシングライン１５で切断・分離し個片化する。基板ダイシングは、配線基板１の封止樹脂７をダイシングテープに接着し、ダイシングテープによって配線基板１を支持する。配線基板１を図示しないダイシングブレードにより縦横にダイシングライン１５を切断して配線基板１を個片化する。個片化完了後、ダイシングテープからピックアップすることで、図１に示すような半導体装置１００が得られる。
【００２９】
尚、薄い配線基板１のハンドリング性を向上するために、半導体チップ２の搭載前に低弾性樹脂８を供給するようにしたが、半導体チップ２の搭載後、或いは、ワイヤボンディング後に、低弾性樹脂８を供給しても良い。
【００３０】
このように、第１の実施形態では、配線基板１と封止樹脂７の間に、封止樹脂７より低い弾性率を有する低弾性樹脂８を設けた。これにより、低弾性樹脂８が、封止樹脂７と配線基板１の間の緩衝材となり、封止後の半導体装置１００の反りを低減できる。
【００３１】
さらに、トランスファーモールド装置により、封止樹脂を形成する場合には、ゲート側とエアベント側の製品領域で、フィラーの分布が異なってしまい、製品領域毎に反りにバラツキが生じる問題がある。しかし、第１の実施形態では、それぞれの製品領域の配線基板１と封止樹脂７の間に、封止樹脂７より低い弾性率を有する低弾性樹脂８を設けることで、製品領域毎のバラツキも低減できる。
【００３２】
図３は、第１の実施形態に係る半導体装置１００の変形例を示す断面図である。
【００３３】
図３に示すように、低弾性樹脂８の幅を変更することで、配線基板１と封止樹脂７との接触する面積を変更し、半導体装置１００の反りを調整することもできる。例えば、反り量が大きい場合には、低弾性樹脂８の面積をさらに大きくすることで、配線基板１と封止樹脂７の接触する面積を小さくし、さらに反りを低減できる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置２００の概略構成を示す断面図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【００３５】
尚、説明の便宜上、図１に示す半導体装置１００と同じ構成要素には、同じ参照符号が付されている。ここで、図４において、参照符号５０は開口部を示している。
【００３６】
第２の実施形態では、配線基板１に搭載される半導体チップ２が略長方形状であり、縦方向の半導体チップ２の端部と配線基板１の端部の間の領域と、横方向の半導体チップ２の端部と配線基板１の端部との間の領域に差がある場合を示している。この場合、横方向が配線基板１と封止樹脂７の接触面積が多く、封止樹脂７の量が多く配置されるため、封止樹脂７は縦方向よりも横方向に大きく、半導体装置２００の反りが発生する。そのため、半導体チップ２の端部と配線基板１の端部の間の領域が大きい横方向にのみ低弾性樹脂８を設けることで、横方向での反りを調整し、半導体装置２００の反りを低減できる。
【００３７】
さらに、低弾性樹脂８を、接続パッド６の設けられていない側の領域にのみ配置するため、低弾性樹脂８が接続パッド６を覆うリスクを低減できる。
【００３８】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置３００の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。
【００３９】
尚、説明の便宜上、図１に示す半導体装置１００と同じ構成要素には、同じ参照符号が付されている。
【００４０】
第３の実施形態では、低弾性樹脂８が半導体チップ２の側面も覆うように形成した点で、第１の実施形態と異なっている。この場合には、ワイヤボンディング後、半導体チップ２の周辺に低弾性樹脂８を塗布することで形成する。
【００４１】
第３の実施形態では、第１の実施形態と同様な効果が得られると共に、半導体チップ２の側面を低弾性樹脂８で覆うようにしたことで、封止時の半導体チップ２の側面へのボイドの発生を抑制できる。また、ワイヤ５が低弾性樹脂８で覆われることで、ワイヤ流れやワイヤショートの発生を低減できる。
【００４２】
ここで、半導体チップ２上にまで低弾性樹脂８を配置してしまうと、低弾性樹脂８にはマークを形成するのが困難であるため、低弾性樹脂８の上にも封止樹脂７を配置する必要が生じる。この結果、半導体チップ２上の封止樹脂７の厚さが大きくなり、半導体装置３００の薄型化を阻害する。このため、半導体チップ２上には低弾性樹脂８を配置しない方が好ましい。
【００４３】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置４００の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ’断面図である。
【００４４】
尚、説明の便宜上、図１に示す半導体装置１００と同じ構成要素には、同じ参照符号が付されている。
【００４５】
第４の実施形態では、配線基板１に第１の半導体チップ２が搭載され、第１の半導体チップ２上に第２の半導体チップ２０が積層されるように構成されている。そして、第２の半導体チップ２０は、第１の半導体チップ２からオーバーハングするように積層されており、第１の半導体チップ２の周辺に設けられた低弾性樹脂８が第２の半導体チップ２０のオーバーハング部３０の下に配置される。
【００４６】
第４の実施形態では、第３の実施形態と同様な効果が得られると共に、低弾性樹脂８によって第２の半導体チップ２０のオーバーハング部３０を支えることができ、第２の半導体チップ２０のワイヤボンディング時のチップクラックを抑制し、良好にワイヤ接続できる。
【００４７】
（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置５００の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ’断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＨ−Ｈ’断面図である。
【００４８】
尚、説明の便宜上、図６に示す半導体装置４００と同じ構成要素には、同じ参照符号が付されている。
【００４９】
第５の実施形態では、第４の実施形態と同様に構成されており、第１の半導体チップ２上にも低弾性樹脂４０が配置されている点で異なっている。第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ２０がクロス積層するように構成されている場合、H-H’方向が、G-G’方向よりもチップ上の樹脂が厚く構成されるため、封止樹脂７の厚いH-H’方向がG-G’方向よりも凹反りを発生する傾向にある。
【００５０】
第５の実施形態では、第４の実施形態と同様な効果が得られると共に、第１の半導体チップ２上にも低弾性樹脂４０を配置したことで、H-H’方向での凹反りを抑えることができ、XY方向での反りのバランスを向上できる。
【００５１】
尚、第５の実施形態では、第１の半導体チップ２の電極パッド４を覆わないように低弾性樹脂４０を配置するようにしたが、第１の半導体チップ２のワイヤ接続後に、第１の半導体チップ２上に低弾性樹脂４０を形成する場合には、低弾性樹脂４０は電極パッド４上も覆うようにしても良い。
【００５２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００５３】
本実施の形態では、低弾性樹脂８を配線基板１上に部分的に配置するように構成したが、チップ搭載領域を除く、全面に設けるようにしても良い。
【００５４】
また、本実施の形態では、ガラスエポキシ基材からなる配線基板について説明したが、ポリイミド基材からなるフレキシブルな配線基板等に適用しても良い。
【００５５】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
【００５６】
（付記１）
配線基板を準備する工程と、
前記配線基板の一面のチップ搭載位置の外側に低弾性樹脂を形成する工程と、
前記チップ搭載位置に半導体チップを搭載する工程と、
前記半導体チップ及び前記低弾性樹脂を覆うように、前記配線基板の前記一面に封止樹脂を形成する工程を有し、  前記低弾性樹脂は、前記封止樹脂の弾性率より低い弾性率を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００５７】
（付記２）
前記低弾性樹脂を形成する工程は、
前記チップ搭載位置の外側に前記低弾性樹脂を供給し、
前記配線基板に供給された前記低弾性樹脂を所定の温度でキュアすることにより硬化させることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【００５８】
（付記３）
前記低弾性樹脂は、前記配線基板と前記封止樹脂の間の緩衝材として作用して前記半導体装置の反りを低減することを特徴とする付記１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【００５９】
（付記４）
前記低弾性樹脂を、前記チップ搭載位置の外側に略枠状に形成することを特徴とする付記１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００６０】
（付記５）
前記低弾性樹脂の幅を変更することにより、前記配線基板と前記封止樹脂との接触する面積を変更して前記半導体装置の反りを調整することを特徴とする付記１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００６１】
（付記６）
前記低弾性樹脂を、シリコーン樹脂又はアンダーフィルで形成したことを特徴とする付記１から５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００６２】
（付記７）
配線基板と、
前記配線基板の一面に搭載された第１の半導体チップと、
少なくとも前記第１の半導体チップの対向する２辺に沿うように、前記配線基板上に配置された樹脂部と、
対向する２辺が前記樹脂部の上方に位置するように、前記第１の半導体チップ上に積層された第２の半導体チップと、
前記第１の半導体チップ、前記第２の半導体チップ及び前記樹脂部を覆う封止樹脂とを有することを特徴とする半導体装置。
【００６３】
（付記８）
前記樹脂部は、前記封止樹脂の弾性率より低い弾性率を有することを特徴とする付記７に記載の半導体装置。
【符号の説明】
【００６４】
１  配線基板
２  半導体チップ（第１半導体チップ）
３  接着部材
４  電極パッド
５  ワイヤ
６  接続パッド
７  封止樹脂
８  低弾性樹脂
９  ランド
１０  はんだボール
１１  ソルダーレジスト膜
１２  絶縁基材
１３  絶縁膜
１４  絶縁膜
１５  ダイシングライン
２０  第２半導体チップ
３０オーバーハング部
４０低弾性樹脂
５０  開口部
１００半導体装置
２００半導体装置
３００半導体装置
４００半導体装置
５００半導体装置
【図１】
2014013836.tif 000003
【図２】
2014013836.tif 000004
【図３】
2014013836.tif 000005
【図４】
2014013836.tif 000006
【図５】
2014013836.tif 000007
【図６】
2014013836.tif 000008
【図７】
2014013836.tif 000009