(57)【要約】【課題】  パッケージ構造とその製造方法を提供する。【解決手段】  パッケージ構造は、端子201と、基板200上のチップ101と、アクティブ表面105を有し、そのアクティブ表面105は中心領域部105aと周囲領域部105bとを有するチップ101と、上部に電極103を有する周囲領域部105bと、チップ101を覆い電極103を露出させてパターンを有するカバー・プレート110と、電極103と端子201を電気的に接続する導電材料220と、端子201と導電材料220および電極103とを覆う封止部材240とを有しているが、封止部材240はチップ101の中心領域部105aを覆うカバー・プレート110を露出させた状態にしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ構造において、
端子を有する基板と、
アクティブ表面を備え、前記アクティブ表面は中心領域部と周囲領域部とを有し、前記周囲領域部はその上部に電極を有していて、前記基板を覆うチップと、
前記チップを覆い、前記電極を露出させており、パターンを有しているカバー・プレートと、
前記電極と前記端子を電気的に接続する導電材料と、
前記チップの中心領域部を覆うカバー・プレートを露出させた状態で、前記端子と前記導電材料と前記電極とを覆う封止部材と、
から構成されることを特徴とするパッケージ構造。
【請求項２】
前記導電材料は、ワイヤー・ボンデインング方式用の金属線、或いは、TAB（Tape Automatic Bonding）方式用のリード線から成ることを特徴とする請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項３】
パッケージ構造において、
端子を有する基板と、
アクティブ表面を備え、前記アクティブ表面は中心領域部と周囲領域部とを有し、前記周囲領域部はその上部に電極を有していて、前記基板を覆うチップと、
前記チップを覆い、前記電極を露出させており、パターンを有している透明プレートと、
前記電極と前記端子を電気的に接続する導電材料と、
前記チップの中心領域部を覆う透明プレートを露出させた状態で、前記端子と前記導電材料と前記電極とを覆う封止部材と、
から構成されることを特徴とするパッケージ構造。
【請求項４】
前記チップは、前記中心領域部においてイメージ・センサをさらに備えていることを特徴とする請求項３記載のパッケージ構造。
【請求項５】
前記導電材料は、ワイヤー・ボンデインング方式用の金属線、或いは、TAB方式用のリード線から成ることを特徴とする請求項３記載のパッケージ構造。
【請求項６】
パッケージ構造の製造方法において、
中心領域部と、その上部にそれぞれ電極を有する周囲領域部とから成るアクティブ表面を各々有する複数のチップを備えたウエハを提供し、
前記電極を露出させた状態で、前記ウエハを覆うパターンを有するカバー・プレートを形成し、
前記ウエハを個々のチップに分割し、
端子を有する基板を提供し、
前記チップの内の少なくとも一個のチップを基板に取り付け、
前記電極と前記端子を電気的に接続し、
前記チップの前記中心領域部を覆う前記カバー・プレートを露出させた状態で、前記端子と前記導電材料と前記電極とを覆う封止部材を形成することを特徴とするパッケージ構造の製造方法。
【請求項７】
前記ウエハは、前記チップ間に複数のソウ・ストリート（saw street）を有することを特徴とする請求項６記載のパッケージ構造の製造方法。
【請求項８】
前記ウエハを覆う接着層を形成し、
前記接着層を覆う前記カバー・プレートを形成し、
前記電極を露出させた状態で、前記カバー・プレートと前記接着層にパターンを付けることから、前記パターンを有するカバー・プレートが形成されることを特徴とする請求項６記載のパッケージ構造の製造方法。
【請求項９】
前記カバー・プレートにパターンを付ける前に、前記カバー・プレートを研磨することを特徴とする請求項８記載のパッケージ構造の製造方法。
【請求項１０】
前記カバー・プレートと前記接着層は、エッチング穿孔或いはレーザー穿孔によりパターンを付けられることを特徴とする請求項８記載のパッケージ構造の製造方法。
【請求項１１】
前記チップの中の少なくとも一個のチップは、前記中心領域部において、イメージ・センサをさらに備えていことを特徴とする請求項６記載のパッケージ構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置とその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、パッケージ構造とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像用チップなどの半導体チップは、一般的に、特定のチップ・キャリアのダムにより囲まれている区域への取り付け、チップとチップ・キャリア間の電気的接続の形成とによりパッケージ化される。その後、ダム上のチップの上方にあるグラス・シートの配置によるチップの封入が行われる。ダムを有するチップ・キャリアは、画像用チップをパッケージするために、特別に設計され製造される。封入構造は、ダム、グラス・シート、ダムとグラス・シート間の接着剤層、チップとガラス間の空気を含んでいる。この製造工程は、非常に複雑であり、生産コストが高く製品の信頼性が低い。さらに、ダムとグラス・シート間の境界は、完全に封止されない可能性があるので、封止構造の破壊試験が必要となり、その結果、さらにコスト高となり、生産性が低下する。さらに、グラス・シートの配置までの長時間、チップが露出される可能性があるので、異物或いはその他の汚染物質がチップ上に付着することになる。
【０００３】
シェルケースにより開示されたCSP（chip scale package）においては、イメージ・センサ602を有するチップ601は、図６に示すように、上部グラス・シート650と底部グラス・シート610間に薄板を積層して作られており、エポキシ611と612で完全に封止されている。このCSP は、簡単なパッケージ構造をとっているが、配線が下記に述べるごとく複雑である。
【０００４】
第一に、配線604は、チップ601のパッド603からその縁部へ伸びており、チップ601とグラス・シート610、650は薄板を重ねて作られている。ウエハ（図示なし）からチップ601を分割するために、チップ601と底部のグラス・シート610が切断、或いは、エッチングされて、配線604の端部が露出する場合、配線604は、チップ601と底面グラス・シート610の側壁に沿ってその底面まで伸びており、底面の上にあるパッド613上にソルダ・バンプ614が形成されている。配線が伸びる状況は複雑であり、配線604は、チップ601の縁部と底部グラス・シート610の縁部の底面の縁部において剥がれが生じて、生産コストと歩留りの悪化を招くことになる。
【特許文献１】特開平１１−２４３１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施例は、従って、構造・配線の複雑さとチップの汚染を削減し、以って、生産コストを削減し生産の歩留りと製品の信頼性を向上させるパッケージ構造とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様は、より簡単な封止構造を利用する画像用チップなどのチップの封止方法を提供するものである。
【０００７】
本発明のもう一つの態様は、配線が簡単なパッケージ構造を提供するものである。
【０００８】
本発明の実施例は、パッケージ構造を提供するものである。本構造は、基板、チップ、パターンを有するカバー・プレート、導電材料、そして、封止部材を有するものである。基板は、端子を有している。チップは、基板上を覆って配置される。チップは、アクティブ表面を有していて、中心領域部と周囲領域部とを有している。周囲領域部は、その上部に電極を有している。パターンを有するカバー・プレートは、チップ覆い、電極を露出させている。導電材料は、電極と端子とを電気的に接続するものである。封止部材は、端子、導電材料と電極を覆い、チップの中心領域部上を覆うカバー・プレートを露出状態にしている。
【０００９】
本発明の他の実施例は、パッケージ構造を提供するものである。パッケージ構造は、基板、チップ、パターンを有する透明プレート、導電材料と、封止部材とを有するものである。基板は、端子を有している。チップは、基板上を覆って配置される。チップは、アクティブ表面を有していて、中心領域部と周囲領域部とを有している。周囲領域部は、その上部に電極を有している。パターンを有する透明プレートは、チップを覆って置かれ、電極を露出している。導電材料は、電極と端子を電気的に接続する。封止部材は、端子、導電材料と電極を覆い、チップの中心領域部上を覆うカバー・プレートを露出状態にしている。
【００１０】
本発明の他の実施例は、さらに、パッケージ構造の製造方法を提供するものである。先ず、複数のチップを有するウエハが提供される。チップは、各々アクティブ表面を有するとともに、中心領域部と周囲領域部とを有している。周囲領域部は、その上にそれぞれ電極を有している。パターンを有するカバー・プレートが、ウエハ上を覆って形成される。カバー・プレートは、電極を露出させる。次いで、ウエハは、チップに分割される。次に、端子を有する基板が提供される。次いで、少なくとも一個のチップが、基板に取り付けられる。次に、電極と端子は、電気的に接続される。最後に、端子と電極とを覆って封止部材が形成され、チップの中心領域部上を覆うカバー・プレートを露出状態にしている。
【００１１】
さらに、本発明の実施例の適用範囲を、以下の詳細な説明で明らかにする。本発明の精神と範囲内で種々の変更と改良が、この詳細な説明から当業者にとって明らかになるので、以下の詳細な説明と特定の事例、これは本発明の好ましい実施例を表示すものであるが、この事例を図解でのみ説明するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
多数の改良と変形は、当業者にとって明らかなものであるので、請求項の範囲を限定することなく、以下の実施例は、本発明をより十分に説明することを意図するものである。
【００１３】
図１は、本発明の第一実施例のパッケージ構造の断面図である。この構造は、基板200、チップ101、パターンを有するカバー・プレート110、導電材料220と、封止部材240とから構成される。
【００１４】
基板200は、要望するごとくに、プリント基板、或いは、リード・フレームのどちらでもよい。基板200は、取付け部区域202を有し、この取付け区域202と離れて端子201が配置されている。
【００１５】
チップ101は、基板200のチップ取付け区域202の上を覆って取付けられている。一般的に、銀粒子を有する或いは有しない熱硬化性エポキシなどの接着層210が、基板200とチップ101の間に配置され、チップの取り付けを容易にしている。チップ101はアクティブ表面105を有して、アクティブ表面105は、中心領域部105aと周囲領域部105bとを有している。周囲領域部105bは、その上部に電極103を有している。チップ101は、さらに、中心領域部105aにイメージ・センサ102を有してもよく、こうすると、デジタル・カメラ或いは画像或いは映像撮影用の他の電子製品に使用される画像用チップとしての使用が可能になる。
【００１６】
パターンを有するカバー・プレート110は、チップ101を覆って配置されていて、電極103を露出させている。チップ101とカバー・プレート110の間に、この両者間の接合を容易にするために、熱硬化性樹脂などの接着層111が、要望されるごとくに、配置されている。チップ101が、画像用チップである場合、カバー・プレート110は、ガラスのような画像或いは映像撮影を可能にする透明な材料となっている。故に、選択可能である接着層111もまた、エポキシのような透明な材料でなければならない。チップ101が画像用センサ102を有していない場合、カバー・プレート110は、任意の既知の材料の使用が可能であり、好ましくは、封止材料或いは熱伝導性材料がよい。ガラス或いは透明材料も使用可能であることも、留意すべきである。
【００１７】
導電材料220は、電極103と端子201を電気的に接続する。この実施例において、導電材料220は、ワイヤー・ボンディング方式用の金線かアルミニュウム線である。導電材料220は、さらに、要望によりその他の既知の合金組成でもよい。
【００１８】
封止部材240は、端子201、導電材料220と電極103を覆い、チップ101の中心領域部105aを覆うカバー・プレート110を露出状態にしている。熱硬化性エポキシやシリカ充填材から成る混合体などの封止部材240は、パッケージ構造の封止部材から空気を大幅に除去可能なモールド処理や調剤処理により形成可能である。露出されたカバー・プレート110は、チップ101が画像用チップである場合、イメージ・センサに視野を提供するものである。チップ101が画像用チップでない場合、露出されたカバー・プレート110は、熱放散を助けるために、さらにヒート・シンクなどのデバイスなどにさらに接続されても良い。
【００１９】
図２には、本発明の第二実施例のパッケージ構造の断面図を示す。
【００２０】
図１における実施例と比較して、チップ101の電極103と基板200の端子201との間の電気接続が、導電材料230の適用により実現されている。導電材料230は、TAB方式に使用される導電リード線としての役を成すものである。導電材料230は、端子201から伸長していて、伸長端231を有している。導電バンプ232は、電極103と導電材料230とを電気的に接続して、電極103と端子201の間の電気的接続を実現している。導電バンプ232は、要望に応じて、伸長端231或いは電極103のどちらかに、事前に、形成可能である。さらに、封止部材240は、端子201、導電材料230、と電極103とを覆い、チップ101の中心領域部105aを覆うカバー・プレート110を露出状態にしている。
【００２１】
従来技術と異なり、チップ101は、カバー・プレート110と、モールディング成形、或いは、調剤成形された封止部材240とにより封止される。従って、ダムを有する特別設計のチップ・キャリアの必要が無く、プリント基板、或いは、リード・フレームなどの一般的な基板200を適用により、本発明のパッケージ構造実現が可能である。この結果、製造コストが削減され、さらに、本発明のパッケージ構造の封止部材からの大幅な空気除去が可能であり、製品の信頼性が向上する。モールディング成形、或いは、調剤成形された封止部材240は、従来のダム付ガラス構造よりも信頼性が高い。故に、必要とされる付加的な封止試験は最小限ですみ、結果的に生産コストの削減と生産性が増大する。
【００２２】
さらに、チップ101と基板200との間の電気接続は、前述のごとく、導電材料220或いは230により実現される。従って、複雑で特別設計の配線の必要が無く、さらに歩留りと生産性の向上が図られ、さらに生産コストが削減される結果となる。
【００２３】
本発明のパッケージ構造の製造方法を、以下に説明する。図３Ａから図３Ｆ、それに続く図４Ａと図４Ｂに示すステップにより、図１に示すパッケージ構造が実現され、図３Ａから図３Ｆ、それに続く図５Ａと図５Ｂに示すステップにより、図２に示すパッケージ構造が実現される。
【００２４】
図３Ａから図３Ｆに示すステップは、本発明のこの実施例のカバー・プレートの取り付けに、主として関するものである。本発明のこの実施例のパッケージ構造の各チップ101は、基板200に取り付ける前に、ほぼ封止され、封止されたことにより、チップ101に異物の堆積やその他の汚染物質の付着を防止し、生産の歩留りをさらに向上する。
【００２５】
図３Ａにおいて、最初に、複数のチップ101を有する半導体ウエハなどのウエハ100が提供される。各チップ101は、中心領域部105aと周囲領域部105bとを有するアクティブ表面105を有する。各周囲領域部105bは、上部に配置された基板などの外部デバイスへ電気的に接続するための電極103を有する。イメージ・センサ102は、チップ101が画像用チップである場合に、オプションとして中心領域部105aに形成される。ウエハ100は、チップ101の間に、以後の分割工程用の、複数のソウ・ストリート（saw street）106を有する。
【００２６】
次に、図３Ｂから図３Ｅに、パターンを有するカバー・プレート110を形成するための好ましいステップを示す。ここで留意すべきは、図３Ｂから図３Ｅに示すステップは、例であって、本発明の範囲を限定する意図はないことである。当業者ならば、パターンを有するカバー・プレート110の成形を実現するために、種々のステップを利用できる可能性を認識するものである。
【００２７】
図３Ｂにおいて、カバー・プレート110は、ウエハ100を覆って形成されている。任意の選定が可能な接着層111は、ウエハ100とカバー・プレート110間をより良好に接着するために、カバー・プレート110の形成前に、ウエハ100を覆って形成されるのが好ましい。チップ101が画像用ICである場合、接着層111とカバー・プレート110は、イメージ・センサ102の視界を提供するために、透明であることが好ましい。従って、接着層111は、透明な熱硬化性エポキシから成り、カバー・プレート110は、ガラス他の透明材料である。チップ101が画像用チップではなくイメージ・センサ102を有しない場合には、カバー・プレート110は、任意の既知の材料が使用可能であり、封止部材、或いは、熱導電材であることが好ましい。ガラス、或いは、透明材料もまた使用可能であることに注目されたい。
【００２８】
図３Ｃにおいて、望ましい場合には、選択自由な研磨ステップを行ってもよく、カバー・プレート110を研磨して、規定の厚さに加工してもよい。
【００２９】
図３Ｄにおいて、カバー・プレート110と選択自由な接着層111は、パターン化され、電極103を露出させる開口部112を、各々形成している。従って、チップ101は、露出電極103に加えてカバー・プレート110によって、十分に封止されている。カバー・プレート110と選択可能な接着層111は、異方性エッチング、レーザー・ドリル法、またはその他の方法でパターン化され、電極103を露出する。
【００３０】
図３Ｅに示すごとく、ウエハ100が、チップ101間に、ソウ・ストリート（saw street）106を有している場合、パターンを有するカバー・プレート110は、ソウ・ストリート106をそれぞれ露出する開口部113を有していて、後のウエハ分割ステップを簡略化し、ウエハ分割ステップ中にカバー・プレート110の損傷を防止するのが、好ましい。数々の利点を以下の記述で列挙しよう。開口部112と113は、要望に応じて、一つのパターンニング・ステップ、或いは、個々のステップにおいて形成されてもよい。
【００３１】
図３Ｆにおいて、図３Ｄ或いは図３Ｅに示すウエハ100が、ソーイングなどの機械的方法、異方性エッチングなどの化学的方法、或いは、他の分割方法などにより、個々のチップ101に分割される。ウエハ100が、ソウ・ストリート106を有する場合、この分割作業は、ソウ・ストリート106に沿って行うことが可能であり、チップ101の損傷を防止する。
【００３２】
機械的方法の場合、回転する金属刃、或いは、回転するダイヤモンド刃が使用され、チップ101間で、或いは、ソウ・ストリート106に沿って、ウエハ100を切断する。ソウ・ストリート106が図３Ｄに示すカバー・プレート110により覆われている場合は、ソーイングに起因するカバー・プレートの破片が、チップ101を覆うカバー・プレート110を損傷する可能性がある。従って、ソウ・ストリート106は、図３Ｅに示すように、露出していることが好ましい。
【００３３】
化学的方法によりウエハ100を分割する場合、ソウ・ストリート106、或いは、チップ101間の領域は、異方性エッチングを施される。ソウ・ストリートが、図３Ｄに示すカバー・プレート110により覆われている場合は、カバー・プレート110、接着層111と、ウエハ100は、各材料が異なることに起因するエッチング加工がそれぞれの部分において行われ、分割ステップを複雑にすることになる。従って、図３Ｅに示すように、ソウ・ストリート106は露出していて、ウエハ100は、分割ステップにおいてのみエッチングが行われることが好ましい。
【００３４】
次に、図４Ａにおいて、プリント基板、或いは、リード・フレームなどの端子201を有する基板200が提供され、その後、チップ取付けステップに移り、チップ101の内の少なくとも一個を基板200に取り付ける。基板200は、取り付け区域202と、取り付け区域202と離れて配置される端子201を有していても良い。チップ取付けステップにおいて、銀粒子入り、或いは、銀粒子無しの熱硬化性エポキシなどの接着層210を、取付け区域202に塗布するのが好ましく、その後、チップ101を接着層210に取り付けて、接着層210を硬化する。かくして、チップ101は基板200に固定される。
【００３５】
さらに、図４Ｂにおいて、チップ101の電極103と、基板200の端子201は、電気的に接続される。電極103と端子201間の電気的接続は、金線、或いは、アルミニュウム線などの導電材料220の形成により、ワイヤー・ボンディングなど方式などの方法を使って実現される。
【００３６】
最後に、熱硬化性エポキシ、シリカ充填材から成る混合体などの封止部材240を形成して、端子201、導電材料220、と電極103を覆い、モールディング、或いは、調剤などの方法により、チップ101の中心領域部105aを覆うカバー・プレート110を露出状態にする。成形硬化後のステップを、さらに実施して、さらに封止部材240をさらに硬化させる。かくして、図１に示すパッケージ構造が実現する。
【００３７】
図２に示すパッケージ構造は、図３Ｆに示すステップに続く図５Ａと図５Ｂに示すステップにより実現する。
【００３８】
図４Ａに示す基板と比較して、図５Ａに示す基板200は、端子201から伸びるTAB方式用リード線などの導電材料230を、さらに有する。導電材料230は、端子201と離れて配置される延長端部231を有する。チップ101の取り付けに関する詳細は、図４Ａに示す取り付けと同じであるので、以後省略する。導電バンプ232は、要望に従って、予め、延長端部231、或いは、電極103上に形成される。
【００３９】
さらに、図５Ｂにおいて、ボンディング・ステップが実施され、導電バンプ232を使用して、電極103と延長端部231間を電気的に接続することにより、電極103と端子201を電気的に接続する。
【００４０】
最後に、熱硬化性エポキシとシリカ充填材から成る混合体などの封止部材240を形成して、端子201、導電材料230と、電極103を覆い、モールディング、或いは、調剤などの方法により、チップ101の中心領域部105aを覆うカバー・プレート110を露出させる。成形硬化後のステップが、その上にさらに実施され、さらに、封止部材240を硬化させる。かくして、図２に示すパッケージ構造が実現する。
【００４１】
本発明のパッケージ構造とその製造方法の実施例では、構造寸法、配線の複雑性と、チップの汚染とが低減される。さらに、生産コストが削減され、生産歩留りと信頼性が向上する。
【００４２】
本発明は、例を挙げて、好ましい実施例に関して説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定はされない。従って、前記の請求項は、本発明の真の精神と範囲内における代替案と改善などを全ての範囲にわたって解釈されるべく意図されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第一実施例のパッケージ構造の断面図である。
【図２】本発明の第二実施例のパッケージ構造の断面図である。
【図３Ａ】本発明の第一実施例と第二実施例に適用される第一組の製造ステップの断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第一実施例と第二実施例に適用される第一組の製造ステップの断面図である。
【図３Ｃ】本発明の第一実施例と第二実施例に適用される第一組の製造ステップの断面図である。
【図３Ｄ】本発明の第一実施例と第二実施例に適用される第一組の製造ステップの断面図である。
【図３Ｅ】本発明の第一実施例と第二実施例に適用される第一組の製造ステップの断面図である。
【図３Ｆ】本発明の第一実施例と第二実施例に適用される第一組の製造ステップの断面図である。
【図４Ａ】本発明の第一実施例に適用される第二組の製造ステップの断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第一実施例に適用される第二組の製造ステップの断面図である。
【図５Ａ】本発明の第二実施例に適用される第二組の製造ステップの断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第二実施例に適用される第二組の製造ステップの断面図である。
【図６】シェルケースにより開示された、CSP（チップ・スケール・パッケージ）の断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
101  チップ
102  イメージ・センサ
103  電極
105  アクティブ表面
105a  中心領域部
105b  周囲領域部
110  カバー・プレート
200  基板
201  端子
220  導電材料
240  封止部材
【図１】
2006190987.tif 000003
【図２】
2006190987.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2006190987.tif 000006
【図３Ｃ】
2006190987.tif 000007
【図３Ｄ】
2006190987.tif 000008
【図３Ｅ】
2006190987.tif 000009
【図３Ｆ】
2006190987.tif 000010
【図４Ａ】
2006190987.tif 000011
【図４Ｂ】
2006190987.tif 000012
【図５Ａ】
2006190987.tif 000013
【図５Ｂ】
2006190987.tif 000014
【図６】
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