(57)【要約】【課題】半導体装置の信頼性を向上させる。【解決手段】配線基板３上に半導体チップ２が搭載され、ボンディングワイヤ４によって配線基板３の接続端子１５と半導体チップ２の電極２ａが接続され、配線基板３の上面３ａ上に半導体チップ２およびボンディングワイヤ４を覆う封止樹脂５が形成され、配線基板３の下面３ｂに半田ボール６が接続されて、半導体装置１が構成されている。配線基板３は、ガラス織布を含有する樹脂基板であり、配線基板３の基材層１１の樹脂材料の軟化温度は、外部接続用端子である半田ボール６を構成する半田の融点よりも高い。【選択図】図４
2008103520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面と、前記第１主面に形成された複数の第１電極と、前記第２主面に形成された複数のランド部とを有する配線基板と、
前記配線基板の前記第１主面に搭載された半導体チップであって、複数の第２電極を有し、前記複数の第２電極が前記配線基板の前記複数の第１電極と電気的に接続された前記半導体チップと、
前記配線基板の前記第１主面上に前記半導体チップを覆うように形成された封止樹脂と、
前記配線基板の前記第２主面の前記複数のランド部上にそれぞれ形成され、半田からなる複数の外部接続用端子と、
を有する半導体装置であって、
前記配線基板を構成する樹脂材料の軟化温度は、前記複数の外部接続用端子を構成する半田の融点よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記配線基板は、ガラス織布を含有する樹脂基板であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置において、
前記配線基板は、
樹脂材料を含有する基材層と、
前記第１主面に対応する前記基材層の第３主面に形成された前記複数の第１電極と、
前記第２主面に対応し、前記基材層の前記第３主面の反対側の第４主面に形成された前記複数のランド部と、
前記基材層の前記第３および第４主面上に形成された絶縁膜と、
を有し、
前記軟化温度は、前記基材層を構成する樹脂材料の軟化温度であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置において、
前記基材層は、ガラス織布を含有する樹脂層からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項３記載の半導体装置において、
前記基材層の前記第３主面の外周部に前記絶縁膜が形成されず、
前記基材層の前記第３主面の外周部が前記封止樹脂と接していることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置において、
前記複数の外部接続用端子は、鉛を含有しない半田により形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置において、
前記複数の外部接続用端子は、それぞれ半田ボールからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置において、
前記軟化温度は、前記配線基板に前記複数の外部接続用端子を形成する際の半田リフロー温度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１記載の半導体装置において、
前記軟化温度は、前記半導体装置の製造工程中の最高温度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体装置において、
前記軟化温度は、前記半導体装置を実装する際の半田リフロー温度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１記載の半導体装置において、
前記軟化温度は２６０℃よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記封止樹脂の熱膨張係数と前記配線基板を構成する樹脂材料の熱膨張係数との差は、前記封止樹脂の熱膨張係数に対して２０％以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
請求項１記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、ＣＳＰ形態の半導体装置であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の半導体装置において、
前記配線基板の端部から前記半導体チップの端部までの距離は０．６５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
（ａ）第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面とを有し、前記第１主面に複数の第１電極を、前記第２主面に複数のランド部を有する前記配線基板を準備する工程、
（ｂ）前記配線基板の第１主面上に半導体チップを搭載し、前記半導体チップの複数の第２電極を前記配線基板の前記複数の第１電極に電気的に接続する工程、
（ｃ）前記配線基板の前記第１主面上に前記半導体チップを覆うように封止樹脂を形成する工程、
（ｄ）前記配線基板の前記第２主面の前記複数のランド部に、それぞれ半田からなる外部接続用端子を形成する工程、
を有し、
前記配線基板を構成する樹脂材料の軟化温度は、前記（ｄ）工程の半田リフロー温度よりも高いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程は、
（ｄ１）前記配線基板の前記第２主面の前記複数のランド部上に、それぞれ半田ボールを搭載する工程、
（ｄ２）前記（ｄ１）工程後、半田リフロー処理を行って、前記複数のランド部上にそれぞれ前記半田ボールを接合し、前記半田ボールからなる前記外部接続用端子を形成する工程、
を有し、
前記軟化温度は、前記（ｄ２）工程の半田リフロー温度よりも高いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程では、前記複数の外部接続用端子は、鉛を含有しない半田により形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程で準備される前記配線基板は、ガラス織布を含有する樹脂基板であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記軟化温度は２６０℃より高いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｃ）工程で形成された前記封止樹脂の熱膨張係数と前記配線基板を構成する樹脂材料の熱膨張係数との差は、前記封止樹脂の熱膨張係数に対して２０％以下であ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、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、配線基板に半導体チップを搭載して樹脂封止した半導体装置およびその製造方法に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線基板上に半導体チップを搭載し、半導体チップの電極と配線基板の接続端子をボンディングワイヤで電気的に接続し、半導体チップおよびボンディングワイヤを樹脂封止し、配線基板の裏面に半田ボールを接続することで、半導体パッケージ形態の半導体装置が製造される。
【０００３】
特開２００３−９２３７４号公報（特許文献１）には、主面と、主面上に形成される絶縁膜と、絶縁膜から露出し前記主面上に形成される電極とを有する配線基板と、配線基板の主面上の絶縁膜上に接着材を介して固定される半導体チップと、配線基板主面の電極と半導体チップの電極とを接続する導電性のワイヤと、半導体チップ、配線基板の主面および電極を覆う封止体を有する半導体装置に関する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−９２３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者の検討によれば、次のことが分かった。
【０００５】
近年、半導体装置の信頼性に対する要求は、ますます高くなってきている。例えば、自動車などで用いられる半導体装置の場合、熱負荷サイクルがかかりやすく、高い信頼性が要求される。このため、半導体装置の信頼性をできるだけ高めることは、半導体装置を開発し製造する上で、極めて重要である。
【０００６】
本発明者は、半導体装置の信頼性試験として、半導体装置を高温高湿中で放置したり、高温で加熱した後に、加熱と冷却を繰り返す熱サイクル試験を行った。半導体装置の信頼性の向上を図るために信頼性試験の負荷条件を厳しくすると、一般的に行われている信頼性試験では検出できなかったようなクラックが、半導体装置を構成する配線基板中に発生することが分かった。これは、半導体装置の小型化を実現するために、半導体チップのサイズ（外形サイズ、平面サイズ）と配線基板のサイズ（外形サイズ、平面サイズ）がほぼ同じ大きさで構成されるＣＳＰ（Chip Size Package）型の半導体装置において、クラックが発生し易いことが分かった。その理由として、半導体チップと配線基板の材質は互いに異なるもので構成されているため、熱膨張係数が異なる。配線基板のサイズが半導体チップのサイズよりも大きい場合には、熱サイクル試験において半導体チップに膨張収縮作用が働いたとしても、配線基板に与えるストレスの影響（領域）は、小さいものであった。しかしながら、半導体チップのサイズが配線基板のサイズとほぼ同じ大きさになると、配線基板の広範囲において半導体チップの膨張収縮作用が影響してくるため、配線基板に与えるストレスの影響（領域）は高くなるためである。そして、このような半導体装置は、熱サイクル試験の高温領域において、配線基板の軟化温度（Ｔｇ）を越すような温度がかかると、配線基板のコア材が軟化してしまい、ガラス線布（ガラス繊維）と樹脂との界面で剥離が発生する（コアクラック）。また、冷却時にコアクラックが進展していくことが分かった。これは、冷却されることでコア材に含まれる樹脂が硬くなり、この硬くなった樹脂に対して収縮作用による応力がかかるため、既に発生したクラックが増大してしまう。この配線基板中のクラックは、熱サイクル試験のサイクル数が多くなるほど、大きく発生する。このため、厳しい信頼性試験を行っても配線基板中のクラックの発生を抑制できる高い信頼性を有する半導体装置が望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、半導体装置の信頼性を向上できる技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
本発明は、半導体装置の配線基板を構成する樹脂材料の軟化温度を、半導体装置の外部接続用端子を構成する半田の融点よりも高くしたものである。
【００１１】
また、本発明は、半導体装置の配線基板を構成する樹脂材料の軟化温度を、半導体装置の外部接続用端子を形成する際の半田リフロー温度よりも高くしたものである。
【００１２】
また、本発明は、半導体装置の配線基板を構成する樹脂材料の軟化温度を、半導体装置の製造工程中の最高温度よりも高くしたものである。
【００１３】
また、本発明は、半導体装置の配線基板を構成する樹脂材料の軟化温度を、半導体装置を実装する際の半田リフロー温度よりも高くしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１５】
半導体装置の信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１８】
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
【００１９】
本発明の一実施の形態の半導体装置およびその製造方法（製造工程）を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態である半導体装置１の上面図、図２はその下面図、図３はその断面図（全体断面図）、図４はその要部断面図（部分拡大断面図）、図５はその側面図である。図６は、封止樹脂５を透視したときの半導体装置１の平面透視図（上面図）である。図１および図６のＡ−Ａ線の断面が図３にほぼ対応し、図３の端部近傍領域の拡大図が図４にほぼ対応する。
【００２１】
図１〜図６に示される本実施の形態の半導体装置１は、半導体チップ２が配線基板３に搭載（接合、接続、実装）された半導体装置（半導体パッケージ）であり、例えば、チップサイズもしくは半導体チップ２より僅かに大きい程度の小形の半導体パッケージであるＣＳＰ（Chip Size Package）形態の半導体装置である。ここで、ＣＳＰ形態の半導体装置の位置づけとしては、例えば配線基板３の端部（外形端）から半導体チップの端部（外形端）までの距離（図４のＤ１に相当するもの）が０．６５ｍｍ以下のものである。
【００２２】
半導体装置１は、半導体チップ２と、半導体チップ２を搭載（支持）する配線基板３と、半導体チップ２の表面の複数の電極２ａとこれに対応する配線基板３の複数の接続端子１５とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤ４と、半導体チップ２およびボンディングワイヤ４を含む配線基板３の上面３ａを覆う封止樹脂５と、配線基板３の下面３ｂに外部端子としてエリアアレイ配置で設けられた複数の半田ボール６とを有している。
【００２３】
半導体チップ２は、その厚さと交差する平面形状が正方形であり、例えば、単結晶シリコンなどからなる半導体基板（半導体ウエハ）の主面に種々の半導体素子または半導体集積回路を形成した後、必要に応じて半導体基板の裏面研削を行ってから、ダイシングなどにより半導体基板を各半導体チップ２に分離したものである。半導体チップ２は、互いに対向する表面（半導体素子形成側の主面、上面）２ｂおよび裏面（半導体素子形成側の主面とは逆側の主面、下面）２ｃを有し、その表面２ｂが上方を向くように配線基板３上面（チップ支持面）３ａ上に搭載（配置）され、半導体チップ２の裏面２ｃが配線基板３の上面３ａに接着材（ダイボンド材、接合材）８を介して接着され固定されている。接着材８は、例えば絶縁性または導電性のペースト材やフィルム状の接着材（ダイボンディングフィルム、ダイアタッチフィルム）などを用いることができる。接着材８の厚みは、例えば２０〜３０μｍ程度とすることができる。半導体チップ２は、その表面２ｂに、複数の電極（ボンディングパッド、パッド電極、端子、第２電極）２ａを有しており、電極２ａは、半導体チップ２内部または表層部分に形成された半導体素子または半導体集積回路に電気的に接続されている。
【００２４】
配線基板３は、一方の主面である上面（第１主面）３ａと、上面３ａの反対側の主面である下面（第２主面）３ｂと、上面３ａに形成された複数の接続端子（端子、電極、第１電極）１５と、下面３ｂに形成された複数のランド（ランド部、導体部、接続用導体部、端子接続用導体部）１６とを有している。
【００２５】
配線基板３は、樹脂材料を含有し絶縁性の基材層（絶縁基板、コア材、基体、支持部材）１１と、基材層１１の上面（主面）１１ａおよび下面（上面１１ａの反対側の主面）１１ｂ上に形成された導体層（導体パターン、導体膜パターン、配線層）１２と、基材層１１の上面１１ａおよび下面１１ｂ上に導体層１２を覆うように形成された絶縁層（絶縁体層）としてのソルダレジスト層（絶縁膜、絶縁レジスト層）１４とを有している。すなわち、配線基板３は、コア材としての基材層１１の上面１１ａおよび下面１１ｂに導体層１２およびソルダレジスト層（絶縁膜、絶縁レジスト層）１４が形成された構造を有している。
【００２６】
本実施の形態の半導体装置１に用いられている配線基板３は、ガラス織布（後述するガラス織布６１に対応）を含有する樹脂基板である。従って、基材層１１は、ガラス織布（後述するガラス織布６１に対応）を含有する樹脂層（樹脂基材層、樹脂基板）からなる。そして、本実施の形態においては、配線基板３（の基材層１１）を構成する樹脂材料（後述する樹脂材料６２に対応）の軟化温度Ｔｇを、半導体装置１の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を構成する半田の融点Ｔ０よりも高く（Ｔｇ＞Ｔ０）している。なお、本実施の形態における配線基板３の基材層１１の構成については、後でより詳細に説明する。
【００２７】
配線基板３において、導体層１２はパターン化されており、配線基板３の端子、配線または配線層となる導体パターンである。導体層１２は、導電性材料からなり、例えばめっき法で形成された銅薄膜などにより形成することができる。配線基板３の導体層１２は、基材層１１の上面１１ａ上に形成された導体層１２ａと、基材層１１の下面１１ｂ上に形成された導体層１２ｂと、基材層１１の開口部１７の側壁上に形成された導体層１２ｃとを有している。
【００２８】
基材層１１の上面１１ａに形成された導体層１２ａにより、ボンディングワイヤ４を接続するための接続端子（電極、ボンディングパッド、パッド電極）１５が複数形成されている。また、基材層１１の下面１１ｂに形成された導体層１２ｂにより、半田ボール６を接続するための導電性のランド（電極、パッド、端子）１６が複数形成されている。また、基材層１１には複数の開口部（スルーホール、ビア、貫通孔）１７が形成されており、各開口部１７の側壁上に、導体層１２ｃが形成されている。
【００２９】
このように、配線基板３は、樹脂材料を含有する基材層１１と、配線基板３の上面３ａに対応する基材層１１の上面１１ａ（第３主面）に形成された複数の接続端子１５と、配線基板３の下面３ｂに対応する基材層１１の下面１１ｂ（第４主面）に形成された複数のランド１６と、基材層１１の上面１１ａおよび下面１１ｂ上に形成されたソルダレジスト層１４とを有している。
【００３０】
基材層１１の上面１１ａの接続端子１５は、基材層１１の上面１１ａの導体層１２ａ（導体層１２ａからなる引き出し配線）、開口部１７の側壁上の導体層１２ｃ、および基材層１１の下面１１ｂの導体層１２ｂを介して、基材層１１の下面１１ｂのランド１６に電気的に接続されている。従って、半導体チップ２の複数の電極２ａは、複数のボンディングワイヤ４を介して配線基板３の複数の接続端子１５に電気的に接続され、更に配線基板３の導体層１２を介して配線基板３の複数のランド１６に電気的に接続されている。ボンディングワイヤ４は、例えば金線などの金属細線からなる。
【００３１】
ソルダレジスト層１４は、導体層１２を保護する絶縁層（絶縁膜）としての機能を有しており、例えば有機系樹脂材料などの絶縁体材料からなる。また、ソルダレジスト層１４は、基材層１１の上面１１ａおよび下面１１ｂ上に導体層１２を覆うように形成されており、ソルダレジスト層１４が基材層１１の開口部１７の内部を埋めている。ソルダレジスト層１４が基材層１１の開口部１７を埋めているので、半導体チップ２を配線基板３に接合するための接着材８が開口部１７から配線基板３の下面３ｂ側に漏れてしまうのを防止することができ、また、開口部１７から半導体チップ２の裏面２ｃが露出してしまうのを防止することができる。また、配線基板３の導体層１２のうち、接続端子１５とランド１６とは、ソルダレジスト層１４の開口部１９ａ，１９ｂから露出されている。また、基材層１１の上面１１ａおよび下面１１ｂ上のソルダレジスト層１４の厚みは、例えば２０〜３０μｍ程度とすることができる。半導体チップ２は、配線基板３の上面３ａ側のソルダレジスト層１４上に、接着材８を介して搭載され接着されている。また、配線基板３の上面３ａ側のソルダレジスト層１４には、パッケージインデックスとしての開口部１８も形成されている。ソルダレジスト層１４に形成されたパッケージインデックスとしての開口部１８は、半導体装置１の製造工程（後述の封止樹脂５ａを形成するまでの工程）中のインデックス方向の確認や半導体チップ２の搭載向きの認識などに用いることができる。ここで、パッケージインデックスとして開口部１８が形成されていることについて説明したが、これに限定されるものではなく、配線基板３の上面３ａの一部に接続端子１５や複数のランド１６と電気的に接続されない導体パターンを配置し、この導体パターンをソルダレジスト層１４で覆ったものをパッケージインデックスとして用いてもよい。
【００３２】
複数のランド１６は、配線基板３の下面３ｂにアレイ状に配置されている。各ランド１６の隣または近くに開口部１７が形成されている。また、各ランド１６には半田ボール（ボール電極、突起電極、電極、外部端子、外部接続用端子）６が接続（形成）されている。このため、配線基板３の下面３ｂに複数の半田ボール６がアレイ状に配置されている。半田ボール６は、半導体装置１の外部接続用端子（外部端子）として機能することができる。このため、本実施の形態の半導体装置１は、配線基板３の下面３ｂの複数のランド１６上にそれぞれ形成された複数の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を有しており、これら複数の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）は、半田からなる。
【００３３】
従って、半導体チップ２の複数の電極２ａは、複数のボンディングワイヤ４を介して配線基板３の複数の接続端子１５に電気的に接続され、更に配線基板３の導体層１２を介して配線基板３の複数のランド１６および複数のランド１６に接続された複数の半田ボール６に電気的に接続されている。なお、図２の半田ボール６の数と図６の接続端子１５の数とは一致していないが、図１〜図６は半導体装置１の構造を模式的に示したものであり、半導体装置１における半田ボール６の数や接続端子１５の数は必要に応じて種々変更可能であり、半導体装置１における半田ボール６の数と接続端子１５の数とを同じにすることもでき、また異ならせることもできる。また、半導体チップ２の電極２ａと電気的に接続していない半田ボール６は、放熱用に用いることもできる。
【００３４】
また、本実施の形態では、半導体装置１の外部接続用端子として半田ボール６を形成した場合について説明しているが、半導体装置１の外部接続用端子は、半田により形成されていればよく、半田ボール６以外の外部接続用端子、例えば半田バンプ（バンプ電極）をランド１６上に形成することもできる。また、半導体装置１の外部接続用端子は、鉛を含有しない半田（鉛フリー半田）により形成されていれば、より好ましい。
【００３５】
配線基板３の上下両面にソルダレジスト層１４が形成されているが、配線基板３の上面３ａに形成されたソルダレジスト層１４は、接続端子１５を露出するための開口部１９ａを有している。ソルダレジスト層１４の開口部１９ａから露出する接続端子１５に、ボンディングワイヤ４が接続されている。接続端子１５へのボンディングワイヤ４の接続を容易または確実にするために、ソルダレジスト層１４の開口部１９ａから露出する接続端子１５の上面（ボンディングワイヤ４の接続面）には金めっき層（またはニッケルめっき層（下層側）と金めっき層（上層側）の積層膜）などが形成されている。配線基板３の下面３ｂに形成されたソルダレジスト層１４は、ランド１６を露出するための開口部１９ｂを有している。ソルダレジスト層１４の開口部１９ｂから露出するランド１６に、半田ボール６が接続されている。
【００３６】
封止樹脂（封止樹脂部、封止部、封止体）５は、例えば熱硬化性樹脂材料などの樹脂材料などからなり、フィラーなどを含むこともできる。例えば、フィラーを含むエポキシ樹脂などを用いて封止樹脂５を形成することもできる。封止樹脂５は、配線基板３の上面３ａ上に半導体チップ２およびボンディングワイヤ４を覆うように形成されている。すなわち、封止樹脂５は、配線基板３の上面３ａ上に形成され、半導体チップ２およびボンディングワイヤ４を封止する。封止樹脂５により、半導体チップ２およびボンディングワイヤ４が封止され、保護される。
【００３７】
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法（製造工程）の一例について説明する。
【００３８】
図７は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す製造プロセスフロー図である。図８〜図１４は、本実施の形態の半導体装置の製造工程の説明図（断面図）である。なお、図８〜図１４には、同じ領域（２つの半導体装置領域３２ａに跨る領域）の各工程段階の断面が示され、図面を見易くするために、断面図であるがハッチングを省略している。
【００３９】
なお、本実施の形態では、複数の配線基板３（半導体装置領域３２ａ）がアレイ状に繋がって形成された多数個取りの配線基板（配線基板母体）３１を用いて個々の半導体装置１を製造する場合について説明する。この配線基板３１は、上記配線基板３の母体であり、配線基板３１を後述する切断工程で切断し、各半導体装置領域（基板領域、単位基板領域、デバイス領域）３２ａに分離したものが半導体装置１の配線基板３に対応する。配線基板３１は、そこから１つの半導体装置１が形成される領域である半導体装置領域３２ａがマトリクス状に複数配列した構成を有している。
【００４０】
まず、図８に示されるように、配線基板３１を準備する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、そこからそれぞれ半導体装置１が製造される単位基板領域である半導体装置領域３２ａを複数の有する配線基板３１であって、上面３１ａ（第１主面）と、上面３１ａの反対側の下面３１ｂ（第２主面）とを有し、各半導体装置領域３２ａの上面３１ａに複数の接続端子１５を、各半導体装置領域３２ａの下面３１ｂに複数のランド１６を有する配線基板３１が準備される。また、上記のように、配線基板３は、ガラス織布（後述するガラス織布６１に対応）を含有する樹脂基板であるので、ステップＳ１で準備された配線基板３１も、ガラス織布（後述するガラス織布６１に対応）を含有する樹脂基板である。また、配線基板３１（の基材層１１）を構成する樹脂材料（後述する樹脂材料６２に対応）の軟化温度Ｔｇは、半導体装置１の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を構成する半田の融点Ｔ０よりも高く（Ｔｇ＞Ｔ０）なるようにしている。
【００４１】
ステップＳ１で配線基板３１を準備した後、ダイボンディング工程を行って、図９に示されるように、配線基板３１の上面３１ａの各半導体装置領域３２ａ上に、半導体チップ２を上記接着材８を介して搭載して接合（ダイボンディング、チップマウント）する（ステップＳ２）。接着材８としては、ペースト状の接着材やフィルム状の接着材などを用いることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、配線基板３１（の基材層１１）を構成する樹脂材料（後述する樹脂材料６２に対応）の軟化温度Ｔｇは、ステップＳ２のダイボンディング時の配線基板３１の加熱温度（後述するダイボンディング温度ＴＤＢに対応）よりも高くしている。
【００４３】
次に、図１０に示されるように、ワイヤボンディング工程を行って、半導体チップ２の各電極２ａと、これに対応する配線基板３１に形成された接続端子１５とをボンディングワイヤ４を介して電気的に接続する（ステップＳ３）。すなわち、配線基板３１の上面３１ａの各半導体装置領域３２ａの複数の接続端子１５とその半導体装置領域３２ａ上に接合された半導体チップ２の複数の電極２ａとを複数のボンディングワイヤ４を介して電気的に接続する。
【００４４】
なお、本実施の形態では、配線基板３１（の基材層１１）を構成する樹脂材料（後述する樹脂材料６２に対応）の軟化温度Ｔｇは、ステップＳ３のワイヤボンディング時の配線基板３１の加熱温度（後述するワイヤボンディング温度ＴＷＢに対応）よりも高くしている。
【００４５】
次に、図１１に示されるように、モールド工程（樹脂封止工程、樹脂成形工程、例えばトランスファモールド工程）による樹脂封止を行って、配線基板３１の上面３１ａ上に半導体チップ２およびボンディングワイヤ４を覆うように封止樹脂（封止部、一括封止部）５ａを形成し、半導体チップ２およびボンディングワイヤ４を封止樹脂５ａによって封止する（ステップＳ４）。封止樹脂５ａは、例えば熱硬化性樹脂材料などの樹脂材料などからなり、フィラーなどを含むこともできる。例えば、フィラーを含むエポキシ樹脂などを用いて封止樹脂５ａを形成することができる。
【００４６】
ステップＳ４のモールド工程では、配線基板３１の上面３１ａの複数の半導体装置領域３２ａを封止樹脂５ａで一括して封止する一括封止（一括成形）を行うことができる。すなわち、配線基板３１の上面３１ａの複数の半導体装置領域３２ａ全体上に、それらの半導体装置領域３２ａの半導体チップ２およびボンディングワイヤ４を覆うように、封止樹脂５ａを形成する。このため、封止樹脂５ａは、配線基板３１の上面３１ａの複数の半導体装置領域３２ａ全体を覆うように形成される。他の形態として、ステップＳ４のモールド工程において、封止領域を半導体装置領域３２ａ毎に分割して半導体装置領域３２ａ毎に個別に封止樹脂５ａを形成する分割封止（個別封止）を行うこともでき、この場合、配線基板３１の上面３１ａの各半導体装置領域３２ａ上に、各半導体装置領域３２ａの半導体チップ２およびボンディングワイヤ４を覆うように、封止樹脂５ａを形成する。
【００４７】
配線基板３１および配線基板５ａ上の封止樹脂５ａ（封止樹脂５ａ内に封止された半導体チップ２およびボンディングワイヤ４も含む）により、封止体（組立体）４１が形成される。すなわち、多数個取りの配線基板３１上に封止樹脂５ａが形成された構造体を封止体４１と呼ぶ。
【００４８】
なお、本実施の形態では、配線基板３１（の基材層１１）を構成する樹脂材料（後述する樹脂材料６２に対応）の軟化温度Ｔｇは、ステップＳ４の封止樹脂５ａ形成工程時の配線基板３１の加熱温度（後述する樹脂封止温度ＴＭＤに対応）よりも高くしている。
【００４９】
次に、図１２に示されるように、配線基板３１の下面３１ｂのランド１６に半田ボール６を接続（接合、形成）する（ステップＳ５）。
【００５０】
ステップＳ５の半田ボール６接続工程では、例えば、配線基板３１の下面３１ｂを上方に向け、配線基板３１の下面３１ｂの各半導体装置領域３２ａの複数のランド１６上にそれぞれ半田ボール６を配置（搭載）してフラックスなどで仮固定し、その後、半田リフロー処理（リフロー処理、熱処理）を行って半田を溶融・再固化して、配線基板３１の下面３１ｂの複数のランド１６上にそれぞれ半田ボール６を接合することができる。このときの半田リフロー処理の温度が、後述する半田リフロー温度Ｔｆ１に対応する。その後、必要に応じて洗浄工程を行い、半田ボール６の表面に付着したフラックスなどを取り除くこともできる。このようにして、半導体装置１の外部接続用端子（外部端子）としての半田ボール６が接合（形成）される。
【００５１】
また、本実施の形態では、半導体装置１の外部接続用端子として半田ボール６を接合する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば半田ボール６の代わりに印刷法などによりランド１６上に半田を供給して半導体装置１の半田からなる外部接続用端子（バンプ電極、半田バンプ）を形成することもできる。この場合、配線基板３１の下面の各半導体装置領域３２ａの複数のランド１６上にそれぞれ半田を供給してから、半田リフロー処理を行って、複数のランド１６上にそれぞれ半田からなる外部接続用端子（バンプ電極、半田バンプ）を形成することができる。また、めっき（半田めっき）により半導体装置１の外部接続用端子（バンプ電極）を形成することもできる。
【００５２】
半導体装置１の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）の材質は、好ましくは、鉛を含有しない鉛フリー半田である。
【００５３】
このように、ステップＳ５では、配線基板３１の下面３１ｂの各半導体装置領域３２ａの複数のランド１６に、それぞれ外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を形成する。なお、本実施の形態では、配線基板３１（の基材層１１）を構成する樹脂材料（後述する樹脂材料６２に対応）の軟化温度Ｔｇは、ステップＳ５の半田リフロー温度（後述する半田リフロー温度Ｔｆ１に対応）よりも高くしている。
【００５４】
次に、必要に応じて、マーキングを行って、封止樹脂５ａの上面（表面）５ｂに製品番号などのマークを付す（ステップＳ６）。ステップＳ６では、例えば、レーザによりマーキングを行うレーザマークを行うことができるが、インクによりマーキングを行うインクマークを行うこともできる。また、ステップＳ５の半田ボール６の接続工程とステップＳ６のマーキング工程の順番を入れ換え、ステップＳ６のマーキング工程を行った後に、ステップＳ５の半田ボール６の接続工程を行うこともできる。また、不要であれば、ステップＳ６のマーキング工程を省略することもできる。
【００５５】
次に、図１３に示されるように、ダイシングブレード（ダイシングソー、ブレード）４３などを用い、各半導体装置領域３２ａ間のダイシング領域（ダイシングライン、各半導体装置領域３２ａの境界部）３２ｂに沿って、配線基板３１の下面３１ｂ側から、ダイシング（切断、切削）を行い、封止体４１（配線基板３１および封止樹脂５ａ）を切断（分割）する（ステップＳ７）。例えば、ステップＳ７では、封止樹脂５ａの上面５ｂをパッケージ固定テープ（固定用テープ）４２に貼り付けて封止体４１を固定した状態で、ダイシングブレード４３によるダイシング工程を行うことができる。これにより、図１４に示されるように、封止体４１（配線基板３１および封止樹脂５ａ）がダイシング領域３２ｂに沿って切断されて、それぞれの半導体装置領域３２ａ（ＣＳＰ領域）が個々の（個片化された）半導体装置１（ＣＳＰ）に切断分離（個片化）される。すなわち、封止体４１（配線基板３１および封止樹脂５ａ）が各半導体装置領域３２ａに切断されて分割され、各半導体装置領域３２ａから半導体装置１が形成される。
【００５６】
このように、切断・個片化を行って、上記図１〜図６に示されるような半導体装置１を製造することができる。各半導体装置領域３２ａに切断され分離（分割）された配線基板３１が配線基板３に対応し、各半導体装置領域３２ａに切断され分離（分割）された封止樹脂５ａが封止樹脂５に対応する。
【００５７】
本実施の形態の半導体装置１は、半導体装置１実装用の配線基板である実装基板（配線基板、回路基板、外部基板、マザーボード）５１などに実装して使用することができる。図１５は、本実施の形態の半導体装置１の実装工程を示すプロセスフロー図である。図１６は、本実施の形態の半導体装置１を実装基板（配線基板）５１に半田実装した状態を示す側面図である。
【００５８】
図１６に示されるように、実装基板５１は、その上面（半導体装置１を実装する側の主面）５１ａに端子（電極、導体パターン）５２が形成されている。また、実装基板５１の上面５１ａには、図示しないソルダレジスト層（絶縁膜、絶縁レジスト層）が形成されており、このソルダレジスト層の開口部から、端子５２が露出されている。
【００５９】
上記ステップＳ１〜Ｓ７（図８〜図１４）のようにして半導体装置１を準備（製造）し（ステップＳ１１）、この半導体装置１を実装基板５１に実装する（ステップＳ１２）。半導体装置１を実装基板５１に実装した場合、図１６に示されるように、半導体装置１の複数のランド１６が、実装基板５１の上面５１ａの複数の端子５２に、それぞれ半田ボール６を介して接合されて電気的に接続される。
【００６０】
ステップＳ１２において、半導体装置１を実装基板５１に実装するには、例えば、半導体装置１の半田ボール６と実装基板５１の端子５２とが対向するように実装基板５１の上面５１ａ上に半導体装置１を配置し、その後、半田リフロー処理を行う。このときの半田リフロー処理の温度が、後述する半田リフロー温度Ｔｆ２に対応する。この半田リフロー処理により、半田ボール６が溶融・再固化することで、半導体装置１と実装基板５１とが半田ボール６によって接合されて固定され、半導体装置１のランド１６と実装基板５１の端子５２とが、半田ボール６を介して電気的に接続される。
【００６１】
また、ステップＳ１２において、半導体装置１を実装する前に、実装基板５１の端子５２上に半田ペーストなどを供給（塗布）しておき、半導体装置１の半田ボール６と実装基板５１の端子５２とが半田ペーストを介して対向するように実装基板５１上に半導体装置１を配置し、その後、半田リフロー処理を行うこともできる。この場合、半田リフロー処理により、半田ボール６と半田ペーストとが溶融・再固化して一体化し、実装基板５１への半導体装置１を実装した後の半田ボール６となる。
【００６２】
このように、半導体装置１の複数の半田ボール６は、半導体装置１の外部接続用端子（外部端子）として機能することができ、半導体装置１を実装基板５１（他の配線基板）などに実装する際には、半導体装置１の複数のランド１６が、半田ボール６を介して、実装基板５１（他の配線基板）の複数の端子５２にそれぞれ電気的に接続される。なお、本実施の形態では、配線基板３１（の基材層１１）を構成する樹脂材料（後述する樹脂材料６２に対応）の軟化温度Ｔｇは、ステップＳ１２の半田リフロー温度（後述する半田リフロー温度Ｔｆ２に対応）よりも高くしている。
【００６３】
次に、本発明者が検討した半導体装置１の信頼性試験について説明する。
【００６４】
図１７は、本実施の形態で行った信頼性試験の説明図である。図１８は、図１７のような信頼性試験を行うことによってクラック６３が発生した半導体装置１（すなわちステップＳ２５で観察した半導体装置１）の下面図（上記図２に対応）であり、図１９は、その要部側面図（部分拡大側面図）、図２０は、その要部断面図（部分拡大断面図）である。図２０には、半導体装置１の端部近傍の部分拡大断面図が示されている。なお、図１８は、半導体装置１の下面図が示され、配線基板３の下面３ｂの表面にはクラック６３は到達していないが、理解を簡単にするために、配線基板３（基材層１１）中でクラック６３が生じている平面領域を透視してハッチングを付して示してある。
【００６５】
本発明者は、図１７に示されるような信頼性試験を行って、半導体装置１の信頼性を調べた。行った信頼性試験の条件は、以下の通りである。
【００６６】
まず、複数の半導体装置１を１２５℃で２４時間加熱（ステップＳ２１）してから、８５℃／６５％ＲＨで２４時間放置（ステップＳ２２）して半導体装置１に吸湿させた。それから、２６０℃で１０秒加熱した（ステップＳ２３）。このステップＳ２３は、上記ステップ１２の半導体装置１の実装時の半田リフロー処理に相当する熱処理であり、ステップＳ２３の加熱温度は、ステップ１２の半田リフロー温度（後述の半田リフロー温度Ｔｆ２に対応）と同じにする。従って、ステップ２３は、ステップＳ１２の半導体装置１の実装工程を擬似的に行った熱処理とみなすことができる。その後、熱サイクル試験として、−５５℃での冷却と１５０℃での加熱とを繰り返す（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の熱サイクル試験では、−５５℃での冷却と１５０℃での加熱とは、それぞれ１５〜３０分行い、昇降温に要する時間は５分程度とした。
【００６７】
半導体装置１を複数個準備して、上記ステップＳ２１〜Ｓ２４を行い、ステップＳ２４の熱サイクル試験のサイクル数が所定の回数（例えば１００サイクル、２００サイクル、５００サイクル、７００サイクル、１０００サイクル、２０００サイクルおよび３０００サイクル）となる毎に、所定数の半導体装置１を抜き取り、抜き取った半導体装置１を詳細に観察した（ステップＳ２５）。
【００６８】
図１９および図２０に示されるように、本実施の形態の半導体装置１に用いられている配線基板３は、ガラス織布６１を含有する樹脂基板である。配線基板３の基材層１１は、ガラス織布６１と樹脂材料６２により構成されている。すなわち、配線基板３の基材層１１は、ガラス繊維６１ａを布状に編んで形成されたガラス織布６１に樹脂材料６２を滲みこませた（含浸させた）ものである。このため、配線基板３の基材層１１は、ガラス織布６１と樹脂材料６２とを含んでおり、ガラス織布６１を含有する樹脂層（樹脂材料、樹脂基材層、樹脂基板）とみなすこともできる。樹脂材料６２がエポキシ樹脂の場合には、配線基板３はガラスエポキシ基板（ガラスエポキシ樹脂基板）と称されるものとなる。
【００６９】
また、図１９および図２０では、２枚のガラス織布６１と樹脂材料６２とにより基材層１１を形成した場合について図示しているが、配線基板３の基材層１１を構成するガラス織布６１の枚数は、これに限定されるものではなく、必要に応じて変更可能である。また、必要に応じて、配線基板３の基材層１１を構成する樹脂材料６２中に、フィラーなどを含有させることもできる。
【００７０】
近年、半導体装置の信頼性に対する要求は、ますます高くなってきている。例えば、自動車などで用いられる半導体装置の場合、熱負荷サイクルがかかりやすく、高い信頼性が要求される。このため、半導体装置の信頼性をできるだけ高めることは、半導体装置を開発し製造する上で、極めて重要である。
【００７１】
図１７の信頼性試験は、半導体装置の信頼性を極めて高いものとするために、かなり厳しい条件で行われている。例えば、ステップＳ２１およびステップ２２の条件（前処理条件）は、ＪＥＤＥＣ（Joint Electron Device Engineering Council）の規格のレベル２〜３に相当するものである。このため、上記ステップＳ２５で半導体装置１を観察したところ、ステップＳ２４の熱サイクル試験のサイクル数が多くなると、一般的に行われている信頼性試験では検出できなかったようなクラック６３が、半導体装置１を構成する配線基板３中に発生することが分かった。
【００７２】
すなわち、上記のような信頼性試験を行い、ステップＳ２４の熱サイクル試験のサイクル数が多くなると、図１８〜図２０に示されるようなクラック６３が、半導体装置１の配線基板３の基材層１１中に発生する。クラック６３は、配線基板３の端部近傍（周辺部）で、基材層１１のガラス織布６１と樹脂材料６２の界面付近が剥離した状態として発生しやすい。
【００７３】
本発明者は、配線基板３の基材層１１中にクラック６３が形成されてしまう要因を検討したところ、次のようなことが分かった。
【００７４】
配線基板３が高温状態に加熱されると、基材層１１中のガラス織布６１（ガラス繊維６１ａ）と樹脂材料６２との間（界面）で、微小な剥離部分（界面剥離、クラック）が発生する。この微小な剥離部分は、配線基板３の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度（相転移温度）Ｔｇ以上の温度になったときに生じることが分かった。このような微小な剥離部分が生じている状態で熱サイクル試験を行うと、加熱（膨張）と冷却（収縮）の繰り返しによる伸収縮作用によって、特に冷却時の収縮作用によって、この微小な剥離部分が起点となって、基材層１１中のガラス織布６１（ガラス繊維６１ａ）と樹脂材料６２との間（界面）の剥離が促進され、ガラス織布６１を固めている樹脂材料６２に亀裂が生じてしまう。この微小な剥離部分に起因した亀裂が、ステップＳ２４の熱サイクル試験による伸収縮の繰り返しによって成長し、クラック６３（基材層１１が部分的に分離した状態）に至ってしまう。
【００７５】
半導体装置１の信頼性を高めるためには、ステップＳ２４の熱サイクル試験のサイクル数を多くしても配線基板３にクラック６３が発生しないようにすることが望ましい。これには、上記微小な剥離部分の発生を抑えることが有効である。このため、本実施の形態では、配線基板３の基材層１１を構成する樹脂材料６２の軟化温度（相転移温度）Ｔｇを半導体装置１の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を構成する半田の融点Ｔ０よりも高くする（すなわちＴｇ＞Ｔ０とする）。
【００７６】
樹脂（プラスチック）は、非結晶性樹脂（非結晶性プラスチック）と結晶性樹脂（結晶性プラスチック）に分類され、ＢＴレジンやエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂は、非結晶性樹脂（非結晶性プラスチック）である。本実施の形態では、配線基板３の基材層１１を構成する樹脂材料６２には、非結晶性樹脂（非結晶性プラスチック）を用いている。
【００７７】
一般に結晶性の物質は、結合が規則的であり、融点で分子結合が切断されて、固体状態から液体状態に相変化し、相転移が明確である。それに対して、非結晶性樹脂（非結晶性プラスチック）のような非結晶性物質は、結晶（結合）が規則的でなく、相転移が明確ではないが、結晶性物質と同様、温度が高くなると分子結合の切断が起きる。
【００７８】
樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇは、樹脂材料６２を構成する非結晶性樹脂（非結晶性プラスチック）が相転移する温度であり、特性的には融点と同様な変化が発生する温度である。軟化温度Ｔｇでは、相転移により、熱膨張係数や弾性率などの物性値が、不連続で変化する。例えば、軟化温度Ｔｇよりも低い温度から軟化温度Ｔｇよりも高い温度に加熱したとき、軟化温度Ｔｇで、熱膨張係数が不連続に増大し、弾性率が不連続に減少する。このため、樹脂材料６２の軟化温度（相転移温度）Ｔｇは、樹脂材料６２が相転移する温度であり、樹脂材料６２が軟化する温度であり、ガラスの場合のガラス転移温度に相当するものである。樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇは、ＴＭＡ（熱機械分析）などにより、測定することができる。配線基板３の基材層１１を構成する樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇは、主として樹脂材料６２自身を構成する樹脂により決まるものであり、ガラス織布６１や樹脂材料６２中のフィラーなどにより決まるものではない。
【００７９】
樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇは、樹脂材料６２を構成する材料を調整することなどにより、制御することができる。例えば、ＢＴレジン（ＢＴ樹脂）とエポキシレジン（エポキシ樹脂）を混合した樹脂により、樹脂材料６２を構成することができる。ＢＴレジンは、Ｂ成分（ビスマレイミド）とＴ成分（トリアジン）を混合してできるレジン（樹脂）である。この３つの主成分（ビスマレイミドとトリアジンとエポキシレジン）の混合比を調整することなどにより、樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを制御することができる。
【００８０】
図２１は、半導体装置１の製造工程および実装工程の各工程温度と、配線基板３（３１）の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを示すグラフである。
【００８１】
半導体装置１の製造工程の各工程中には配線基板３（３１）が加熱される工程がある。例えば、ステップＳ２のダイボンディング時の加熱（接着材８の硬化のための加熱）、ステップＳ３のワイヤボンディング時の加熱（ボンディングワイヤ４の熱圧着を促進するための加熱）、ステップＳ４の封止樹脂５ａ形成工程の加熱（封止樹脂材料を導入した際の加熱や封止樹脂材料硬化のための加熱）、およびステップＳ５の外部接続用端子形成時の加熱（半田リフロー時の加熱）がある。更に、半導体装置１を製造した後にも、ステップＳ１２で半導体装置１を実装する際の加熱工程（半田リフロー時の加熱）がある。これらの加熱工程の加熱温度の一例が図２１に示されている。図２１に示されるダイボンディング温度ＴＤＢは、ステップＳ２のダイボンディング時の加熱（接着材８の硬化のための加熱）温度に対応し、ワイヤボンディング温度ＴＷＢはステップＳ３のワイヤボンディング時の加熱温度に対応し、樹脂封止温度ＴＭＤは、ステップＳ４の封止樹脂５ａ形成工程の加熱温度に対応する。図２１に示される半田リフロー温度Ｔｆ１は、ステップＳ５の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）形成時の半田リフロー温度に対応し、半田リフロー温度Ｔｆ２は、ステップＳ１２で半導体装置１を実装する際の半田リフロー温度に対応する。
【００８２】
また、図２１には、本実施の形態の配線基板３（３１）の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇと、第１の比較例の配線基板の樹脂材料（樹脂材料６２に相当するもの）の軟化温度Ｔｇと、第２の比較例の配線基板の樹脂材料（樹脂材料６２に相当するもの）の軟化温度Ｔｇとが示されている。
【００８３】
図２１に示されるように、第１の比較例では、配線基板３（３１）の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを、ダイボンディング温度ＴＤＢ、ワイヤボンディング温度ＴＷＢおよび樹脂封止温度ＴＭＤよりも高くしているが、本実施の形態とは異なり、半田リフロー温度Ｔｆ１，Ｔｆ２よりも低くしている（Ｔｆ１，Ｔｆ２＞Ｔｇ＞ＴＤＢ，ＴＷＢ，ＴＭＤ）。また、図２１に示されるように、第２の比較例では、配線基板３（３１）の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを、ダイボンディング温度ＴＤＢおよび樹脂封止温度ＴＭＤよりも高くしているが、本実施の形態とは異なり、ワイヤボンディング温度ＴＷＢおよび半田リフロー温度Ｔｆ１，Ｔｆ２よりも低くしている（Ｔｆ１，Ｔｆ２，ＴＷＢ＞Ｔｇ＞ＴＤＢ，ＴＭＤ）。
【００８４】
それに対して、本実施の形態では、図２１に示されるように、軟化温度Ｔｇが高い樹脂により樹脂材料６２を構成することで、配線基板３（３１）の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを、ダイボンディング温度ＴＤＢ、ワイヤボンディング温度ＴＷＢ、樹脂封止温度ＴＭＤおよび半田リフロー温度Ｔｆ１よりも高く（Ｔｇ＞ＴＤＢ，ＴＷＢ，ＴＭＤ，Ｔｆ１）している。すなわち、半導体装置１の製造工程中の最高温度Ｔｍａｘよりも高く（Ｔｇ＞Ｔｍａｘ）する。
【００８５】
一般に、半導体装置１の製造工程中の最高温度Ｔｍａｘは、ステップＳ５で配線基板３１に外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を形成する際の半田リフロー温度Ｔｆ１となる。特に、鉛フリー半田を用いる場合は、鉛フリー半田は高融点であるので、ステップＳ５の半田リフロー温度Ｔｆ１が半導体装置１の製造工程中の最高温度Ｔｍａｘとなる。このため、本実施の形態では、配線基板３（３１）の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを、配線基板３（３１）に複数の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を形成する際の半田リフロー温度Ｔｆ１よりも高く（Ｔｇ＞Ｔｆ１）し、それによって、半導体装置１の製造工程中の最高温度Ｔｍａｘよりも高く（Ｔｇ＞Ｔｍａｘ）する。すなわち、半導体装置１の製造中に、配線基板３（３１）が、その配線基板３（３１）の基材層１１を構成する樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇ以上の温度にならないようにする。
【００８６】
また、本実施の形態では、図２１に示されるように、軟化温度Ｔｇが高い樹脂により樹脂材料６２を構成することで、配線基板３（３１）の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを、半導体装置を実装する際の半田リフロー温度Ｔｆ２よりも高くしている（Ｔｇ＞Ｔｆ２）。すなわち、ステップＳ１２で半導体装置１を実装する際に、配線基板３が、その配線基板３の基材層１１を構成する樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇ以上の温度にならないようにする。
【００８７】
図２２は、半田リフロー工程の温度曲線（温度プロファイル）の一例を示すグラフである。なお、図２２のグラフの横軸は時間（任意単位：arbitrary unit）、縦軸は温度（任意単位：arbitrary unit）であり、半田リフロー工程中の温度曲線が示されている。図２２のように、半田リフロー工程中の温度が一定でない場合には、半田リフロー工程中の最高温度を、半田リフロー温度Ｔｆと称する。半田リフロー温度Ｔｆ１，Ｔｆ２は、この半田リフロー温度Ｔｆに相当するものである。
【００８８】
図２３は、上記図１７のような信頼性試験の結果を示す表である。図２３には、配線基板３（３１）の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを図２１の「本実施の形態」、「第１の比較例」および「第２の比較例」の３種類の関係にした半導体装置（半導体装置１に相当するもの）に対して上記図１７のような信頼性試験を行った結果が示されている。そして、ステップ２４の熱サイクル試験のサイクル数が０回、１０００回、２０００回および３０００回となる毎に６個づつ抜き取ってステップ２５の観察を行い、クラック６３が発生したサンプル数（６個中でクラック６３が発生したサンプル数）が、図２３に示してある。
【００８９】
「第１の比較例」では、図２１からも分かるように、ステップＳ５（外部接続用端子を形成するための半田リフロー工程）の加熱と、ステップ２３（ステップＳ１２の実装工程に相当する熱処理）の加熱で、半導体装置を構成する配線基板３が、その配線基板３の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度（相転移温度）Ｔｇ以上の温度になる。また、「第２の比較例」では、図２１からも分かるように、ステップＳ３（ワイヤボンディング工程）の加熱と、ステップＳ５（外部接続用端子を形成するための半田リフロー工程）の加熱と、ステップ２３（ステップＳ１２の実装工程に相当する熱処理）の加熱で、半導体装置を構成する配線基板３が、その配線基板３の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度（相転移温度）Ｔｇ以上の温度になる。
【００９０】
上述したように、配線基板３の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度（相転移温度）Ｔｇ以上の温度になったときに、配線基板３の基材層１１中のガラス織布６１（ガラス繊維６１ａ）と樹脂材料６２との界面で、微小な剥離部分が発生する。このため、「第１の比較例」および「第２の比較例」の半導体装置では、ステップＳ２３までに、配線基板３の基材層１１中に上記微小な剥離部分が発生しており、このような微小な剥離部分が生じている状態でステップＳ２４の熱サイクル試験が行われる。ステップＳ２４の熱サイクル試験の前の段階では、この剥離部分は微小である。しかしながら、ステップＳ２４で熱サイクル試験を行うと、加熱（膨張）と冷却（収縮）の繰り返しによる伸収縮作用によって、この微小な剥離部分が起点となって、基材層１１中のガラス織布６１（ガラス繊維６１ａ）と樹脂材料６２との間の剥離が促進され、ガラス織布６１を固めている樹脂材料６２に亀裂が生じ、この亀裂が成長してクラック６３（基材層１１が部分的に分離した状態）に至ってしまう。これにより、図２３に示されるように、「第１の比較例」および「第２の比較例」の半導体装置では、ステップ２４の熱サイクル試験のサイクル数がある程度多くなる（１０００〜２０００回になる）と、配線基板３中にクラック６３が発生してしまう。
【００９１】
それに対して、本実施の形態の半導体装置１では、図２３に示されるように、ステップ２４の熱サイクル試験のサイクル数が多くなっても（３０００回になっても）、配線基板３中にクラック６３が発生しにくく、熱サイクル数が３０００回を更に越えてから、ようやく配線基板３中にクラック６３が発生するようになる。その理由は、以下のようなものである。
【００９２】
すなわち、本実施の形態の半導体装置１は、図２１からも分かるように、半導体装置１の製造工程（ステップＳ１〜Ｓ７）中の加熱と、ステップ２３（ステップＳ１２の実装工程に相当する熱処理）の加熱で、半導体装置１を構成する配線基板３が、その配線基板３の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度（相転移温度）Ｔｇ以上の温度にならない。このため、本実施の形態の半導体装置１では、半導体装置１の製造工程（ステップＳ１〜Ｓ７）中の加熱と、ステップ２３（ステップＳ１２の実装工程に相当する熱処理）の加熱とでは、配線基板３の基材層１１中のガラス織布６１（ガラス繊維６１ａ）と樹脂材料６２との界面で、上記のような微小な剥離部分は発生しない。従って、本実施の形態の半導体装置１では、ステップＳ２３までに、「第１の比較例」および「第２の比較例」で発生するような上記微小な剥離部分は配線基板３中に発生しておらず、このような微小な剥離部分が生じていない状態でステップＳ２４の熱サイクル試験が行われる。これにより、ステップＳ２４の熱サイクルによる加熱（膨張）と冷却（収縮）が繰り返されても、クラック６３の基点となる上記微小な剥離部分が生じていないので、配線基板３中のクラック６３の形成（生成、発生）を抑制または防止することができる。このため、図２３に示されるように、本実施の形態の半導体装置１では、ステップ２４の熱サイクル試験のサイクル数が多くなっても（３０００回になっても）と、配線基板３中にクラック６３が発生するのを抑制または防止することができる。従って、熱サイクルへの耐性を向上し、半導体装置１の信頼性を向上することができる。
【００９３】
このように、本実施の形態では、半導体装置１の配線基板３（の基材層１１）を構成する樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを、半導体装置１の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を構成する半田の融点Ｔ０よりも高く（Ｔｇ＞Ｔ０）している。このため、配線基板３（の基材層１１）を構成する樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを、配線基板３（３１）に外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を形成する際の半田リフロー温度Ｔｆ１よりも高く（Ｔｇ＞Ｔｆ１）することができる。従って、配線基板３（の基材層１１）を構成する樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを、半導体装置１の製造工程中の最高温度Ｔｍａｘよりも高く（Ｔｇ＞Ｔｍａｘ）することができる。これにより、半導体装置１の製造工程（ステップＳ１〜Ｓ７）中に、クラック６３の基点となる上記微小な剥離部分が、配線基板３の基材層１１中のガラス織布６１（ガラス繊維６１ａ）と樹脂材料６２との界面で発生するのを抑制または防止することができる。従って、半導体装置１に熱サイクルが加わっても、半導体装置１の配線基板３中にクラック６３が発生するのを抑制または防止でき、熱サイクルへの耐性を向上し、半導体装置１の信頼性を向上することができる。
【００９４】
また、本実施の形態では、半導体装置１の配線基板３（の基材層１１）を構成する樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを、半導体装置１の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を構成する半田の融点Ｔ０よりも高く（Ｔｇ＞Ｔ０）することで、樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを、半導体装置１を実装する際の半田リフロー温度Ｔｆ２よりも高く（Ｔｇ＞Ｔｆ２）することができる。これにより、半導体装置１の実装工程（ステップＳ１２）中に、クラック６３の基点となる上記微小な剥離部分が、配線基板３の基材層１１中のガラス織布６１（ガラス繊維６１ａ）と樹脂材料６２との界面で発生するのを抑制または防止することができる。従って、半導体装置１の実装後に、半導体装置１に熱サイクルが加わっても、半導体装置１の配線基板３中にクラック６３が発生するのを抑制または防止でき、熱サイクルへの耐性を向上し、半導体装置１の信頼性を向上することができる。
【００９５】
また、環境への影響などを考慮して、鉛を含有しない半田（鉛フリー半田）を使用することが推奨されてきており、本実施の形態においても、半導体装置１の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）には、鉛を含有しない半田（鉛フリー半田）を使用することが好ましい。しかしながら、鉛を含有しない半田である鉛フリー半田は、鉛を含有する半田に比べて融点が高い。このため、半導体装置１の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を鉛フリー半田により形成した場合、鉛含有半田を用いた場合に比べて、半田リフロー温度Ｔｆ１，Ｔｆ２を高く（例えば２６０℃程度に）する必要がある。
【００９６】
もし、本発明者が見出した基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇとクラック６３の発生の関係の知見を考慮しなければ、鉛フリー半田化を図ろうとすると、配線基板３（３１）の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇは、鉛フリー半田を用いたことにより高くなった半田リフロー温度Ｔｆ１，Ｔｆ２よりも低くなってしまう。
【００９７】
しかしながら、本実施の形態では、半導体装置１の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を、好ましくは高融点の鉛フリー半田により形成するが、配線基板３（３１）の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇは、鉛フリー半田を用いたことにより高くなった半田リフロー温度Ｔｆ１，Ｔｆ２よりも、更に高く（Ｔｇ＞Ｔｆ１，Ｔｆ２）する。例えば、半導体装置１の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）を鉛フリー半田により形成することで、半田リフロー温度Ｔｆ１，Ｔｆ２を２６０℃とした（Ｔｆ１，Ｔｆ２＝２６０℃）場合は、配線基板３（３１）の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇは、２６０℃よりも高く（Ｔｇ＞２６０℃）する。これにより、半導体装置１の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）に、鉛含有半田よりも高融点の鉛フリー半田を用いたとしても、半導体装置１の製造工程中および実装工程中に、クラック６３の基点となる上記微小な剥離部分が発生するのを抑制または防止することができ、熱サイクルによる配線基板３中のクラック６３を防止でき、半導体装置１の信頼性を向上することができる。また、配線基板３（３１）の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを２６０℃よりも高く（Ｔｇ＞２６０℃）すれば、半導体装置１の外部接続用端子（ここでは半田ボール６）や半導体装置１の実装用の半田の鉛フリー化が可能になる。
【００９８】
また、本実施の形態においては、更に、封止樹脂５の熱膨張係数α１と配線基板３（の基材層１１）を構成する樹脂材料６２の熱膨張係数α２との差を、封止樹脂５の熱膨張係数α１に対して２０％以下（｜（α１−α２）／α１｜≦０．２）とすることが好ましい。封止樹脂５の熱膨張係数α１は、封止樹脂５を構成する材料を調整することなどにより所望の値に制御することができ、配線基板３（の基材層１１）を構成する樹脂材料６２の熱膨張係数α２は、樹脂材料６２を構成する材料を調整することなどにより所望の値に制御することができる。
【００９９】
本実施の形態では、封止樹脂５の熱膨張係数α１と配線基板３（の基材層１１）を構成する樹脂材料６２の熱膨張係数α２との差を、小さく、好ましくは封止樹脂５の熱膨張係数α１に対して２０％以下とすることで、ステップＳ２４で熱サイクル試験を行った際の、加熱（膨張）と冷却（収縮）の繰り返しによる伸収縮作用によって配線基板３に生じる応力を小さくすることができる。これにより、ステップＳ２４で熱サイクル試験で配線基板３に印加される応力を低減することができる。このため、半導体装置１に熱サイクルが加わっても、半導体装置１の配線基板３中にクラック６３が発生するのをより的確に抑制または防止でき、熱サイクルへの耐性をより向上し、半導体装置１の信頼性を更に向上することができる。
【０１００】
このように、本実施の形態では、配線基板３（３１）の基材層１１の樹脂材料６２の軟化温度Ｔｇを制御することにより、半導体装置１の製造工程や実装工程中に、上記クラック６３の基点となる上記微小な剥離部分が配線基板３（３１）中に生じるのを防止し、それによって、熱サイクルによるクラック６３の形成を防止できる。更に、配線基板３（の基材層１１）を構成する樹脂材料６２の熱膨張係数α２を制御することにより、熱サイクルによって配線基板３に加わる応力を低減して、クラック６３の形成を更に防止できる。
【０１０１】
本実施の形態では、このようにして半導体装置の信頼性を極めて高いものとすることができるので、車載用途（自動車搭載用）の半導体装置など、高い信頼性を要求される半導体装置に適用すれば、より効果が大きい。
【０１０２】
図２４および図２５は、半導体装置１の変形例を示す要部断面図（部分拡大断面図）および平面透視図（上面図）であり、それぞれ上記図４および図６に対応するものである。
【０１０３】
図２４および図２５に示される半導体装置１では、配線基板３（を構成する基材層１１）の上面３ａ（１１ａ）の外周部（周辺部、周縁部）に、ソルダレジスト層１４が形成されず、配線基板３１の基材層１１の上面１１ａの外周部（周辺部、周縁部）が封止樹脂５と接している（接触または密着している）。他の構成および製造工程は、上記図１〜図６の半導体装置１と同様である。
【０１０４】
図２４および図２５に示される半導体装置１では、配線基板３を構成する基材層１１の上面１１ａの外周部（の少なくとも一部、特に、接続端子１５形成領域の延長領域）に、ソルダレジスト層１４を形成せず、封止樹脂５と接した状態としたことで、半導体装置１の側面において、配線基板３１の基材層１１と封止樹脂５との密着性をより向上することができる。これにより、ステップＳ２４で熱サイクル試験を行った際に、伸収縮により配線基板３に生じる応力を低減することができる。従って、熱サイクルが加わっても、半導体装置１の配線基板３中にクラック６３が発生するのをより的確に抑制または防止でき、熱サイクルへの耐性をより向上し、半導体装置１の信頼性を更に向上することができる。
【０１０５】
図２６および図２７は、半導体装置１の下面図であり、いずれも上記図２に対応するものである。図２６には、配線基板３の下面３ｂ側から透視した半導体チップ２の平面位置を点線で示してある。
【０１０６】
図２６は、配線基板３の下面３ｂにおいて、半導体チップ２の下方の領域だけでなく、半導体チップ２の下方以外の領域にも、外部接続用端子（ここでは半田ボール６）が形成されている半導体装置１（いわゆるファンイン／アウトパッケージ）に対応する。図２７は、配線基板３の下面３ｂにおいて、半導体チップ２の下方の領域に全ての外部接続用端子（ここでは半田ボール６）が形成され、半導体チップ２の下方以外の領域には外部接続用端子（ここでは半田ボール６）が形成されていない半導体装置１（いわゆるファンインパッケージ）に対応する。
【０１０７】
図２６の半導体装置１と図２７の半導体装置１を比べた場合、図２７の半導体装置１の方が、半導体チップ２の端部（側面）から配線基板３（半導体装置１）の端部（側面）までの距離Ｄ１が短くなる。このため、図２６の半導体装置１よりも図２７の半導体装置１の方が、ステップＳ２４のような熱サイクルで伸縮する部分が短くなり、熱サイクルによって配線基板３に印加される応力が大きくなる。このため、上記のようなクラック６３は、図２６の半導体装置１よりも図２７の半導体装置１の方が、発生しやすい。このため、本実施の形態は、図２６の半導体装図２６の半導体装置１と図２７の半導体装置１のいずれにも有効であるが、特にクラック６３が発生しやすい図２７の半導体装置１に適用すれば、より効果が大きい。
【０１０８】
また、半導体チップ２の端部（側面）から配線基板３（半導体装置１）の端部（側面）までの距離Ｄ１が短い程、ステップＳ２４のような熱サイクルで伸縮する部分が短くなり、熱サイクルによって配線基板３に印加される応力が大きくなる。このため、上記のようなクラック６３は、上記距離Ｄ１が短い半導体装置、すなわちＣＳＰ（Chip Size Package）形態の半導体装置で生じやすい。このため、本実施の形態は、ＣＳＰ形態の半導体装置、例えば半導体チップ２の端部（側面）から配線基板３（半導体装置１）の端部（側面）までの距離Ｄ１が０．６５ｍｍ以下の半導体装置（ＣＳＰ形態の半導体装置）に適用すれば、より効果が大きい。
【０１０９】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態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。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、配線基板に半導体チップを搭載した半導体パッケージ形態の半導体装置およびその製造方法に適用して有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の上面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である半導体装置の下面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である半導体装置の断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態である半導体装置の要部断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態である半導体装置の側面図である。
【図６】本発明の一実施の形態である半導体装置の平面透視図である。
【図７】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程を示す製造プロセスフロー図である。
【図８】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図９】図８に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１０】図９に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１１】図１０に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１２】図１１に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１３】図１２に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１４】図１３に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１５】本発明の一実施の形態の半導体装置の実装工程を示すプロセスフロー図である。
【図１６】本発明の一実施の形態の半導体装置のを実装基板に半田実装した状態を示す側面図である。
【図１７】信頼性試験の説明図である。
【図１８】図１７の信頼性試験を行った後の半導体装置の下面図である。
【図１９】図１７の信頼性試験を行った後の半導体装置の要部側面図である。
【図２０】図１７の信頼性試験を行った後の半導体装置の要部断面図である。
【図２１】半導体装置の製造工程および実装工程の各工程温度と、配線基板の基材層の樹脂材料の軟化温度を示すグラフである。
【図２２】半田リフロー工程の温度曲線の一例を示すグラフである。
【図２３】図１７のような信頼性試験の結果を示す表である。
【図２４】本発明の他の実施の形態である半導体装置の要部断面図である。
【図２５】本発明の他の実施の形態である半導体装置の平面透視図である。
【図２６】本発明の他の実施の形態である半導体装置の下面図である。
【図２７】本発明の他の実施の形態である半導体装置の下面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１  半導体装置
２  半導体チップ
２ａ  電極
２ｂ  表面
２ｃ  裏面
３  配線基板
３ａ  上面
３ｂ  下面
４  ボンディングワイヤ
５，５ａ  封止樹脂
５ｂ  上面
６  半田ボール
８  接着材
１１  基材層
１１ａ  上面
１１ｂ  下面
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  導体層
１４  ソルダレジスト層
１５  接続端子
１６  ランド
１９ａ，１９ｂ  開口部
３１  配線基板
３１ａ  上面
３１ｂ  下面
３２ａ  半導体装置領域
３２ｂ  切断領域
４１  封止体
４２  パッケージ固定テープ
４３  ダイシングブレード
５１  実装基板
５１ａ  上面
５２  端子
６１  ガラス織布
６１ａ  ガラス繊維
６２  樹脂材料
６３  クラック
【図１】
2008103520.tif 000003
【図２】
2008103520.tif 000004
【図３】
2008103520.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2008103520.tif 000008
【図７】
2008103520.tif 000009
【図８】
2008103520.tif 000010
【図９】
2008103520.tif 000011
【図１０】
2008103520.tif 000012
【図１１】
2008103520.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2008103520.tif 000015
【図１４】
2008103520.tif 000016
【図１５】
2008103520.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2008103520.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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