(57)【要約】【課題】  本発明は、内部に基板やリードフレームを有しない小型で安価な半導体素子を提供すること課題とする【解決手段】  半導体素子１０を封止する樹脂封止部８に一部が埋め込まれ、且つ一部が樹脂封止部８から突出した状態の金属ボール６を外部接続端子として設ける。金属ボール６は封止樹脂部８により保持され、封止樹脂部８内において、半導体素子１０の電極とボンディングワイヤ１２により接続される。金属ボール６の一部に平坦な面６ａが形成され、ボンディングワイヤ１２は平坦な面６ａに対して接合される。【選択図】  図１
2006066521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
該半導素子を封止する樹脂封止部と、
該樹脂封止部に一部が埋め込まれ、且つ一部が該樹脂封止部から突出た状態で該封止樹脂部に保持された外部端子として機能する突起電極と、
前記封止樹脂部内において、前記半導体素子の電極と前記突起電極とを接続する金属ワイヤと
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置であって、
前記突起電極は一部が平坦な面とされた実質的に球形の電極であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置であって、
前記金属ワイヤは前記突起電極の平坦な面に接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
半導体装置の外部端子に対応する位置に形成された凹部を有する基板を準備し、
該基板の該凹部に実質的に球形の金属ボールを配置し、
該金属ボールに平坦な部材を押圧して該金属ボールの一部に平坦な面を形成し、
前記基板上に半導体素子を搭載し、
該半導体素子の電極と前記金属ボールの平坦な面とを金属ワイヤにより接続し、
前記半導体素子と前記金属ワイヤと前記金属ボールとを前記基板上で樹脂封止して樹脂封止部を形成し、
前記基板を前記樹脂封止部から分離して前記金属ボールの一部を露出させる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体装置の外部端子に対応する位置及び半導体素子を搭載する領域に形成された凹部を有する基板を準備し、
該基板の該凹部に実質的に球形の金属ボールを配置し、
該金属ボールに平坦な部材を押圧して該金属ボールの一部に平坦な面を形成し、
半導体素子を搭載する領域に配置された前記金属ボールの間に導電性部材を充填し、
半導体素子を搭載する領域に配置された前記金属ボールの平坦な面上に半導体素子を搭載し、
該半導体素子の電極と前記金属ボールの平坦な面とを金属ワイヤにより接続し、
前記半導体素子と前記金属ワイヤと前記金属ボールとを前記基板上で樹脂封止して樹脂封止部を形成し、
前記基板を前記樹脂封止部から分離して前記金属ボールの一部を露出させる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置及び製造方法に係り、特にボール・グリッド・アレイ型の半導体装置のように底面にボール電極のような突起電極が形成された半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電子機器の小型化への要求に伴い、半導体装置の小型化、薄型化が進められている。薄型の半導体装置として、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）型のパッケージが主流となっている。
【０００３】
従来のＢＧＡは半導体素子を基板に搭載して樹脂封止し、裏面にボール電極を設けた構成である。半導体素子を搭載するための基板としてガラスエポキシ基板やポリイミドテープ基板が用いられることが多いが、これらの基板は比較的高価であり、半導体装置自体の製造コストを増大させる要因となっている。また、突起電極を形成するためにだけ基板を設けている場合には、基板を用いないで突起電極が形成できるのであれば、製造コストや製造工程の面で有利となる。
【０００４】
一方、半導体素子を搭載するための基板を用いない小型の半導体パッケージとして、クアドラ・フラット・ノンリード（ＱＦＮ）型のパッケージやバンプ・チップ・キャリア（ＢＣＣ）型のパッケージが提供されている。
【特許文献１】特開平９−６４１１４号公報
【特許文献２】特開２００１−７７５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＱＦＮ型のパッケージは半導体素子をリードフレームに搭載し、リードフレームからリードを底面に向けて延在させて樹脂封止した構成であり、パッケージの底面にリードの端面が露出している。ＱＦＮ型のパッケージには半導体素子を搭載するための基板は用いられていないが、その代わりに銅板等の金属板からなるリードフレームが必要である。従って、半導体装置の製造コストに比較的高価なリードフレームのコストが含まれてしまう。また、リードが封止樹脂中で屈曲されているなど、特殊な製造方法が必要であり、その分製造コストが上昇してしまう。また、半導体装置に用いられる銅の量が多いという問題点もある。
【０００６】
ＢＣＣ型のパッケージは、封止樹脂により形成されたバンプの表面にメッキ等で電極を形成した構造であり、半導体装置自体には基板やリードフレームは含まれていないが、封止樹脂のバンプの表面のみに電極を形成する際に、封止樹脂の底面に施された銅メッキのような金属メッキを薬液で溶かして電極部分だけを残すといった方法が一般的である。金属メッキは薬液で溶かしてしまうため、再利用することが難しい。したがって、半導体装置の製造段階において多量の金属（銅）を消費してしまうといった問題がある。
【０００７】
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、内部に基板やリードフレームを有しない小型で安価な半導体素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の問題を解決するために、本発明によれば、半導体素子と、該半導素子を封止する樹脂封止部と、該樹脂封止部に一部が埋め込まれ、且つ一部が該樹脂封止部から突出た状態で該封止樹脂部に保持された外部端子として機能する突起電極と、前記封止樹脂部内において、前記半導体素子の電極と前記突起電極とを接続する金属ワイヤとを有することを特徴とする半導体装置が提供される。
【０００９】
上述の半導体装置において、前記突起電極は一部が平坦な面とされた実質的に球形の電極であることが好ましい。また、前記金属ワイヤは前記突起電極の平坦な面に接合されていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明によれば、半導体装置の外部端子に対応する位置に形成された凹部を有する基板を準備し、該基板の該凹部に実質的に球形の金属ボールを配置し、該金属ボールに平坦な部材を押圧して該金属ボールの一部に平坦な面を形成し、前記基板上に半導体素子を搭載し、該半導体素子の電極と前記金属ボールの平坦な面とを金属ワイヤにより接続し、前記半導体素子と前記金属ワイヤと前記金属ボールとを前記基板上で樹脂封止して樹脂封止部を形成し、前記基板を前記樹脂封止部から分離して前記金属ボールの一部を露出させることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
さらに、本発明によれば、半導体装置の外部端子に対応する位置及び半導体素子を搭載する領域に形成された凹部を有する基板を準備し、該基板の該凹部に実質的に球形の金属ボールを配置し、該金属ボールに平坦な部材を押圧して該金属ボールの一部に平坦な面を形成し、半導体素子を搭載する領域に配置された前記金属ボールの間に導電性部材を充填し、半導体素子を搭載する領域に配置された前記金属ボールの平坦な面上に半導体素子を搭載し、該半導体素子の電極と前記金属ボールの平坦な面とを金属ワイヤにより接続し、前記半導体素子と前記金属ワイヤと前記金属ボールとを前記基板上で樹脂封止して樹脂封止部を形成し、前記基板を前記樹脂封止部から分離して前記金属ボールの一部を露出させることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上述の本発明によれば、樹脂封止部の内部に基板が含まれず半導体素子と外部接続端子とが直製金属ワイヤにより接続された半導体装置を簡単な工程により安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１実施例による半導体装置の断面図であり、(ａ）は基板を除去する前の状態、（ｂ）は基板を除去して半導体装置として完成した状態を示す。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、本発明の第１実施例による半導体装置２は、基板４が除去されて完成するものであり、半導体装置２は基板４を含まない構成となっている。基板４は、金属板、セラミック板、ガラス板などの比較的剛性の高い材料で形成され、半導体装置２の製造工程において、外部接続端子となる突起電極として機能する金属ボール６を保持する役割を果たす。基板４は、図１に示すように、半導体装置２の製造工程の最終段階で封止樹脂部８及び接着剤１４から剥離され除去される。これにより、金属ボール６が封止樹脂部８の底面から突出した状態で露出する。金属ボール６は実質的に球形の金属ボールであり、後述するように一部に平坦な面が形成される。
【００１６】
封止樹脂部８内には半導体素子１０が封止され、半導体素子１０の電極と金属ボール６の上面６ａ（金属ボールが潰さて形成された平坦な面）との間は、例えば金ワイヤなどのボンディングワイヤ１２で電気的に接続されている。半導体素子１０は、基板４を剥離するまでは、エポキシ等の接着剤１４により基板４上に固定されている。
【００１７】
以上のような構成の半導体装置２によれば、半導体素子１０の電極がボンディングワイヤ１２により金属ボール６に直接接続されており、半導体装置２は内部に基板を含まない構成である。したがって、半導体装置２の製造コストには基板のコストが含まれず、安価な半導体装置を実現することができる。ここで、図１（ａ）に示す基板４は剥離により半導体装置２から除去した後、再使用することができる。また、半導体装置２は基板を含まないため、基板の厚み分だけ半導体装置２の厚みを減少させることができ、半導体装置の薄型化も達成できる。
【００１８】
次に、上述の半導体装置２の製造工程について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は図１に示す基板を含む基板材の平面図であり、図３は図２に示す基板材を用いて半導体装置２を製造する際の金属ボール形成工程を説明するための図である。
【００１９】
図２に示す基板材４Ａは、一例として図１に示す基板４を２枚連続して形成するための基板材である。基板材４Ａは半導体装置２を同時２個製造するための基板材としているが、１個でもあるいは３個以上同時に製造するように大きさを変えてもよい。基板材４Ａは、基板４と同様に、金属板、セラミック板、ガラス板などにより形成される。基板材４Ａには、半導体装置２の外部接続端子（金属ボール６）に相当する位置に貫通孔１６が設けられる。貫通孔１６の径は、半導体装置２の外部電極となる金属ボール６の直径より小さく、例えば金属ボール６の直径の１／４程度に設定される。
【００２０】
貫通孔１６の一端側（基板４に半導体素子１０が搭載される側）には、凹部としてザグリ１８が設けられる。このザグリ１８は、図３（ａ）に示すように、金属ボール６を収容して基板材４Ａ上に保持するために設けられる。なお、図３（ａ）は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。ザグリ１８の開口部の大きさ（最大直径）又はザグリ１８の深さは、収容する金属ボール６の直径に基づいて決定される。すなわち、ザグリ１８に金属ボール６を収容した際に、金属ボール６の半分以上、好ましくは金属ボール６の３／２程度がザグリ１８から出るように、ザグリ１８の開口部の大きさ（最大直径）又はザグリ１８の深さが設定される。これは、金属ボール６のザグリ１８から出た部分が封止樹脂部８に埋め込まれるため、少なくとも半分より多く、好ましくは２／３以上が封止樹脂部８に埋め込まれることとすれば、封止樹脂部８により金属ボール６を保持することができるからである。図３（ａ）に示す例では、凹部としてのザグリ１８は球状であるが、円錐状、あるいは角錐状のような他の形状の凹部であってもよい。
【００２１】
以上のような構成の基板材４Ａのザグリ１８に対して、図３（ｂ）に示すように、金属ボール６を配置する。そして、プレス治具２０を金属ボール６の上から押し付けて変形させ、図４に示すように、金属ボール６の上部に平坦な面６ａを形成する。金属ボール６としては、銅ボールやはんだボールなどの金属ボールを用いることができる。銅ボールを用いた場合、金属ボールの表面にはんだメッキや金メッキを施すこととしてもよい。
【００２２】
ここで、ザグリ１８の中心には貫通孔１６が開口しており、金属ボール６がプレス治具２０により押圧されると、図４に示すように金属ボール６の先端部が貫通孔１６に食い込むように突出して変形する。これにより、プレス治具２０で押圧された後の金属ボール６は、平坦な面６ａが形成されるのと同時に、基板材４Aに対して保持されることとなる。したがって、金属ボール６を基板材４Aに保持したまま、基板材４Aを次工程（例えば、半導体素子１０を搭載してワイヤボンディングを行なう工程）に移動することができる。このように、金属ボール６を基板材４Aに固定しておかないと、基板材４Aの移送中やワイヤボンディング中に金属ボール６がザグリ１８からこぼれ落ちるおそれがあるが、本実施例では金属ボール６の先端を貫通孔１６に食い込ませることにより金属ボール６が固定されるため、金属ボール６を基板材４Aに確実に保持しておくことができる。
【００２３】
なお、金属ボール６を形成する材料の線膨張率を基板材４Ａを形成する材料の線膨張率より大きくしておくことで、後工程において熱が加わっても金属ボール６がザグリから外れることはないが、本実施例のように貫通孔１６に金属ボール６を食い込ませることにより、一層確実に金属ボール６を固定・保持することができる。また、貫通孔１６を利用して金属ボール６の反対側から真空引きすることにより、さらに一層確実に金属ボール６を基板材４Ａに保持することができる。
【００２４】
以上のような方法で金属ボール６に平坦な上面６ａを形成した後、半導体素子１０を基板４Ａに搭載する。半導体素子１０は接着剤１４を介して基板材４Ａに搭載され固定される。接着剤１４は液状のエポキシ接着剤が好ましいが、樹脂封止の熱に耐えることができ且つ基板材４から容易に剥離するものであれば、他の接着剤あるいは粘着テープであってもよい。
【００２５】
半導体素子１０を基板材４Ａに搭載した後、ボンディングワイヤ１２により半導体素子の電極と対応する金属ボール６とをボンディングワイヤ１２により接続する。この際、金属ボール６に平坦な上面６ａが形成されており、ボンディンワイヤ１２は上面６ａに対して確実に接合される。
【００２６】
続いて、基板材４Ａ上で半導体素子１０、ボンディングワイヤ１２及び金属ボール６を樹脂封止して樹脂封止部８を形成する。図２に示す例の場合、基板４Ａ上に２個の半導体装置２が形成されるので、樹脂封止部８と基板４Ａとを同時に切断して半導体装置２を個片化する。この時点で、図１（ａ）に示すように基板４上に半導体装置２が形成された状態となる。その後、基板４を封止樹脂部８から分離して金属ボール６を露出させることにより、半導体装置２が完成する。
【００２７】
基板４の分離は、基板４の周囲部分で封止樹脂部８との密着部分を一部剥離させ、ここを起点として全体を剥離すればよい。
【００２８】
なお、上述の例では、基板４を剥離する前に基板材４Ａを切断して半導体装置２を個片化したが、基板材４Ａを切断せずに封止樹脂部８から分離することとすれば、基板材４Ａはそのまま再利用することができ、比較的高価な基板材４Ａを無駄に消費することがない。
【００２９】
次に、本発明の第２実施例による半導体装置について図５を参照しながら説明する。図５は本発明の第２実施例による半導体装置３０の断面図であり、(ａ）は基板を除去する前の状態、（ｂ）は基板を除去して半導体装置として完成した状態を示す。なお、図５において図１に示す構成部品と同等の構成部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００３０】
本発明の第２実施例では、基板４の半導体素子１０が搭載される領域にも金属ボール６が設けられる。したがって、図５に示す半導体装置３０を製造するには、図６に示すように半導体搭載領域にも貫通孔１６及びザグリ１８が設けられた基板材を用いる。半導体素子１０が搭載される領域に設けられた金属ボール６の間には銀ペーストのような導電性ペースト３２や導電性接着剤などの導電性部材が充填され、金属ボール６同士は電気的に接続されている。半導体素子１０が搭載される領域に設けられた金属ボール６のうち、最外周に設けられた金属ボール６は、半導体素子１０の電極のうち接地電極にボンディングワイヤ１２により接続される。したがって、半導体素子１０が搭載される領域に設けられた金属ボール６は接地電位となる。このように接地電位となる金属ボール６を増やすことができ、半導体装置２の接地構造を強化することができる。
【００３１】
ここで、半導体素子１０は、接地電位となる金属ボール６上に載置され固定されることとなる。この際、金属ボール６に平坦な上面６ａが形成されているので、半導体素子１０を確実に載置することができる。
【００３２】
また、金属製の金属ボール６の上に半導体素子１０が載置された状態となるため、金属ボール６を介して半導体素子１０からの熱を効率的に外部に放出することができ、半導体装置３０の放熱効率を高めることができる。
【００３３】
なお、上述の半導体装置３０の変形例として、図７に示す半導体装置４０が考えられる。半導体装置４０は、半導体素子搭載領域に設けられた金属ボール６同士が接触するように、金属ボール間のピッチ（すなわち、基板４のザグリ１８のピッチ）が設定されている。したがって、半導体素子搭載領域に設けられた金属ボール６同士を電気的に接続するための導電性ペーストを設けなくてもよい。
【００３４】
以上のように本明細書は以下の発明を開示する。
【００３５】
（付記１）  半導体素子と、
該半導素子を封止する樹脂封止部と、
該樹脂封止部に一部が埋め込まれ、且つ一部が該樹脂封止部から突出た状態で該封止樹脂部に保持された外部端子として機能する突起電極と、
前記封止樹脂部内において、前記半導体素子の電極と前記突起電極とを接続する金属ワイヤと
を有することを特徴とする半導体装置。
【００３６】
（付記２）  付記１記載の半導体装置であって、
前記突起電極は一部が平坦な面とされた実質的に球形の電極であることを特徴とする半導体装置。
【００３７】
（付記３）  付記２記載の半導体装置であって、
前記金属ワイヤは前記突起電極の平坦な面に接合されていることを特徴とする半導体装置。
【００３８】
（付記４）  付記２記載の半導体装置であって
前記実質的に球形の突起電極の半分以上が前記封止樹脂部に埋め込まれていることを特徴とする半導体装置。
【００３９】
（付記５）  付記４記載の半導体装置であって、
前記実質的に球形の突起電極の２／３が前記封止樹脂部に埋め込まれていることを特徴とする半導体装置。
【００４０】
（付記６）  付記１乃至５のうちいずれか一つに記載の半導体装置であって、
前記突起電極の前記封止樹脂部から突出した部分の先端は突起形状に変形していることを特徴とする半導体装置。
【００４１】
（付記７）  付記１乃至６のうちいずれか一つに記載の半導体装置であって、
前記半導体素子は、前記突起電極のうち前記半導体素子の搭載領域に設けられた突起電極上に搭載されたことを特徴とする半導体装置。
【００４２】
（付記８）  付記７記載の半導体装置であって、
前記半導体素子の搭載領域に設けられた突起電極のうち最外周に位置する突起電極は、前記半導体装置の接地電極又は電源電極のいずれかに金属ワイヤにより接続されたことを特徴とする半導体装置。
【００４３】
（付記９）  付記７又は８記載の半導体装置であって、
前記半導体素子の搭載領域に設けられた突起電極の間に導電性部材が充填されていることを特徴とする半導体装置。
【００４４】
（付記１０）  付記７又は８記載の半導体装置であって、
前記半導体素子の搭載領域に設けられた突起電極は互いに接触していることを特徴とする半導体装置。
【００４５】
（付記１１）  半導体装置の外部端子に対応する位置に形成された凹部を有する基板を準備し、
該基板の該凹部に実質的に球形の金属ボールを配置し、
該金属ボールに平坦な部材を押圧して該金属ボールの一部に平坦な面を形成し、
前記基板上に半導体素子を搭載し、
該半導体素子の電極と前記金属ボールの平坦な面とを金属ワイヤにより接続し、
前記半導体素子と前記金属ワイヤと前記金属ボールとを前記基板上で樹脂封止して樹脂封止部を形成し、
前記基板を前記樹脂封止部から分離して前記金属ボールの一部を露出させる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００４６】
（付記１２）  付記１１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記基板は前記凹部が形成された位置に貫通孔を有し、前記金属ボールを平坦な部材で押圧する際に前記金属ボールの一部を前記貫通孔に食い込ませることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００４７】
（付記１３）  半導体装置の外部端子に対応する位置及び半導体素子を搭載する領域に形成された凹部を有する基板を準備し、
該基板の該凹部に実質的に球形の金属ボールを配置し、
該金属ボールに平坦な部材を押圧して該金属ボールの一部に平坦な面を形成し、
半導体素子を搭載する領域に配置された前記金属ボールの間に導電性部材を充填し、
半導体素子を搭載する領域に配置された前記金属ボールの平坦な面上に半導体素子を搭載し、
該半導体素子の電極と前記金属ボールの平坦な面とを金属ワイヤにより接続し、
前記半導体素子と前記金属ワイヤと前記金属ボールとを前記基板上で樹脂封止して樹脂封止部を形成し、
前記基板を前記樹脂封止部から分離して前記金属ボールの一部を露出させる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施例による半導体装置の断面図であり、(ａ）は基板を除去する前の状態、（ｂ）は基板を除去して半導体装置として完成した状態を示す。
【図２】図１に示す基板を含む基板材の平面図である。
【図３】図２に示す基板材を用いて半導体装置を製造する際のボール形成工程を説明するための図である。
【図４】図３（ｃ）の円で囲まれた部分を拡大して示す図である。
【図５】本発明の第２実施例による半導体装置の断面図であり、(ａ）は基板を除去する前の状態、（ｂ）は基板を除去して半導体装置として完成した状態を示す。
【図６】図５に示す半導体装置を製造するために用いられる基板材の平面図である。
【図７】図５に示す半導体装置の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
２，３０，４０  半導体装置
４  基板
６  ボール
６ａ  上面
８  封止樹脂部
１０  半導体素子
１２  ボンディングワイヤ
１４  接着剤
１６  貫通孔
１８  ザグリ
２０  プレス治具
３２  導電性ペースト
【図１】
2006066521.tif 000003
【図２】
2006066521.tif 000004
【図３】
2006066521.tif 000005
【図４】
2006066521.tif 000006
【図５】
2006066521.tif 000007
【図６】
2006066521.tif 000008
【図７】
2006066521.tif 000009