(57)【要約】【課題】上面電極と金属ワイヤとの接合が剥離するのを防ぐことができる半導体装置を得る。【解決手段】本発明に係る半導体装置は、配線基板と、配線基板上に搭載された半導体チップと、配線基板上に形成された上面電極と、一端が上面電極に接合され、他端が半導体チップに接合された金属ワイヤと、半導体チップ等を樹脂封止するトランスファモールド樹脂と、配線基板の下面であって、金属ワイヤが上面電極に接合された位置の真下に形成された下面電極と、配線基板の下面及び下面電極を覆うソルダーレジストとを有する。そして、配線基板の厚みは８０μｍ以下であり、ソルダーレジストの表面段差の最大値は８μｍ以下である。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、
前記配線基板上に搭載された半導体チップと、
前記配線基板の上面に形成された上面電極と、
一端が前記上面電極に接合され、他端が前記半導体チップに接合された金属ワイヤと、
前記半導体チップ、前記上面電極及び前記金属ワイヤを樹脂封止するトランスファモールド樹脂と、
前記配線基板の下面であって、前記金属ワイヤが前記上面電極に接合された位置の真下に形成された下面電極と、
前記配線基板の下面及び前記下面電極を覆うソルダーレジストとを有し、
前記配線基板のコア材の厚みは８０μｍ以下であり、前記ソルダーレジストの表面段差の最大値は８μｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ソルダーレジストは、前記下面電極よりも厚い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】
前記ソルダーレジストの厚みは２５μｍ以上であ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】
前記金属ワイヤは、一端が前記上面電極にボールボンドされ、他端が前記半導体チップにステッチボンドされていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記上面電極の表面は金メッキが形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記配線基板の材質は、ガラスエポキシ、ポリイミド又はＢＴレジンであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項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、ＢＧＡ(Ball Grid Array)構造の半導体装置に関し、特に上面電極と金属ワイヤとの接合が剥離するのを防ぐことができる半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＢＧＡ(Ball Grid Array)構造の半導体装置は、パッケージの実装面全体に端子を配置しているので、パッケージサイズを大きくせずに多ピン化を実現することができる。そのため、実装面積の縮小が要求される用途において急速に普及してきた。
【０００３】
このようなＢＧＡ構造の従来の半導体装置の製造工程について図面を用いて説明する。まず、一般的な手法により、図９に示す構造を製造する。この構造において、表面にソルダーレジスト２が形成された配線基板１上に、ダイボンド材３を介して半導体チップ４が搭載されている。そして、半導体チップ４上にダイボンド材５を介して半導体チップ６が積層されている。また、配線基板１の上面に上面電極７が形成されている。そして、上面電極７の表面に金メッキ８が形成されている。また、金属ワイヤ９の一端は上面電極７にステッチボンドされ、金属ワイヤ９の他端は半導体チップ４にボールボンドされている。一方、金属ワイヤ１０の一端は上面電極７にボールボンドされ、金属ワイヤ１０の他端は半導体チップ６にステッチボンドされている。そして、配線基板１の下面に下面電極１２が形成され、この下面電極１２上に半田ボール１３が実装されている。また、配線基板１の下面であって、下面電極１２が形成されていない領域に、ダミーパターンとして下面電極１４が形成されている。そして、配線基板１の下面及び下面電極１４は、保護膜としてソルダーレジスト１５により覆われている。
【０００４】
次に、図１０に示すように、モールド金型２１の上金型と下金型の間に、配線基板を挟み込んだ状態で、その間に形成されるキャビティ２２内に、半導体チップ４，６を実装した配線基板１を配置した状態でトランスファモールド樹脂１１により樹脂封止を行う。その後、図１１に示すように、下面電極１２上に半田ボール１３を実装する。
【０００５】
ここで、樹脂封止の際に、トランスファモールド樹脂１１の射出圧が配線基板１及び半導体チップ４，６に上方から作用する。これに対し、ダミーパターンとして下面電極１４を設けたことにより配線基板１が射出圧によって曲がるのを防いで、半導体チップ４，６が割れるのを防ぐことができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、配線基板１の上面に凹凸があると、半導体チップ４をダイボンドする際に均一に力がかからないため、チップが割れたり、局所的にフィルムの接着強度が低下したり空気層ができたりする。そして、接着強度が低下した箇所や空気層ができた箇所を起点に、実装時の熱ストレスで膨れ、クラックが進展しやすい。また、ワイヤボンディング時に、配線基板１の裏面が凹んでいると、中空でボンディングすることになるので接合性が低下する。これに対し、ダミーパターンとして下面電極１４を設けることにより配線基板１が平坦化されるため、これらの問題を防ぐことができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３１４００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図９に示すように、下面電極１４が突出しているため、ソルダーレジスト１５の表面に段差が存在する。このため、図１０に示すように、樹脂封止の際に、樹脂の注入圧力がかかることで配線基板全体が沈み込むため、下面電極１４の真上にある配線基板１及び上面電極７が相対的に押上げられる。そして、金属ワイヤ１０が上面電極７にボールボンドされた位置の真下に下面電極１４が形成されている場合は、金属ワイヤ１０のボール部分も押上げられる。
【０００９】
樹脂封止の後に押し上げる力が解放されると、配線基板１は下に戻ろうとするが、金属ワイヤ１０のボール部分はトランスファモールド樹脂１１に固定されため、金属ワイヤ１０と上面電極７との接合を引き離そうとする力が加わる。そして、パッケージの薄型化の要求により配線基板１のコア材の総厚を８０μｍ以下にした場合、ソルダーレジスト１５の表面段差による押上げ効果が大きくなるため、図１１に示すように、金属ワイヤ１０と上面電極７との接合が剥離する場合があるという問題があった。また、配線基板１をモールド金型２１から解放した段階では剥離が発生していない場合でも、その後の温度サイクル又は実装時の熱ストレスにより剥離が発生するという問題があった。
【００１０】
また、下面電極１４はトランスファモールド樹脂１１の射出圧によって配線基板１が曲がるのを防ぐことなどに用いられるダミーパターンであるため、下面電極１４の形成位置の自由度は少ない。従って、上記のような剥離を防ぐために、金属ワイヤ１０が上面電極７に接合された位置の真下に下面電極１４が存在しないように調整することには限界があった。
【００１１】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は上面電極と金属ワイヤとの接合が剥離するのを防ぐことができる半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施例に係る半導体装置は、配線基板と、配線基板上に搭載された半導体チップと、配線基板上に形成された上面電極と、一端が上面電極に接合され、他端が半導体チップに接合された金属ワイヤと、半導体チップ、上面電極及び金属ワイヤを樹脂封止するトランスファモールド樹脂と、配線基板の下面であって、金属ワイヤが上面電極に接合された位置の真下に形成された下面電極と、配線基板の下面及び下面電極を覆うソルダーレジストとを有する。そして、配線基板のコア材の厚みは８０μｍ以下であり、ソルダーレジストの表面段差の最大値は８μｍ以下である。
【発明の効果】
【００１３】
この実施例によれば、上面電極と金属ワイヤとの接合が剥離するのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。表面にソルダーレジスト２が形成された配線基板１上に、ダイボンド材３を介して半導体チップ４が搭載されている。そして、半導体チップ４上にダイボンド材５を介して半導体チップ６が積層されている。
【００１５】
配線基板１の上面にＣｕからなる上面電極７が形成されている。そして、上面電極７の表面に金メッキ８が形成されている。また、金属ワイヤ９の一端は上面電極７にステッチボンドされ、金属ワイヤ９の他端は半導体チップ４にボールボンドされている。一方、金属ワイヤ１０の一端は上面電極７にボールボンドされ、金属ワイヤ１０の他端は半導体チップ６にステッチボンドされている。そして、トランスファモールド樹脂１１により、半導体チップ４，６、上面電極７及び金属ワイヤ９，１０は樹脂封止されている。
【００１６】
配線基板１の下面にＣｕからなる下面電極１２が形成され、この下面電極１２上に半田ボール１３が実装されている。また、配線基板１の下面であって、金属ワイヤ１０が上面電極７に接合された位置の真下に、Ｃｕからなる下面電極１４が形成されている。そして、配線基板１の下面及び下面電極１４は、保護膜としてソルダーレジスト１５により覆われている。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す上面図であり、図３は図２の半導体装置について上側から下面電極を透過した状態を示す上面図である。図３のＡ部分において、金属ワイヤ１０が上面電極７に接合された位置と下面電極１４の位置が重なっている。
【００１８】
図４は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の要部を拡大した上面図である。ソルダーレジスト２の開口部１６において、配線基板１及び上面電極７が露出している。また、上面電極７と接続された配線基板表面配線１７と、配線基板１の表面と裏面を繋ぐビア１８が形成され、これらはソルダーレジスト２で覆われている。
【００１９】
図５は、図４の領域を透過して下部電極を見た図である。下面電極１２，１４が密な箇所では、塗布したソルダーレジスト２が硬化するまでの間に段差が生じ難い。一方、下面電極１２，１４が疎な箇所では、塗布したソルダーレジスト２が硬化するまでの間に引けて、段差が生じ易い。特に、ＭＡＰタイプの場合はパッケージ同士がくっついているので、隣り合うパッケージの下面電極１２，１４が疎な箇所が隣接すると、一段とソルダーレジスト２の引けは大きく、段差が生じ易い。下面電極１４は、最も近接する他の下面電極までの最短距離が１ｍｍ以上開いている。このように、近接する配線パターンまでの距離が１ｍｍ以上離れている孤立配線パターンが、上面電極７のボールボンドする位置の真下にある場合に、前述のソルダーレジスト１５の段差が特に生じやすい。このような場合、ボール剥離に対する対策は、最も重要になる。
【００２０】
図６は、図４と図５を重ね合わせた図である。図６のＡ部分では、金属ワイヤ９が上面電極７にステッチボンドされている。ステッチボンドは圧着により金属ワイヤ９が変形するような強い結合であるため、Ａ部分では金属ワイヤ９と上面電極７との接合が剥離し難い。
【００２１】
図６のＢ部分では、金属ワイヤ１０が上面電極７にボールボンドされ、その真下に下面電極１４が形成されている。この金属ワイヤ１０のボール部分はトランスファモールド樹脂１１に強く拘束される。そして、ステッチボンドに比べて、ボールボンドの方が上面電極７との接合が弱い。また、Ｂ部分において下面電極１４は、１つのワイヤボンディングの真下にあり、隣接するワイヤボンディングの真下には無いような小島状のパターンである。特に、本実施の形態においては、下面電極１４は、最も近接する下面電極までの距離が１ｍｍである孤立パターンである。従って、下面電極１４による段差の影響が大きいため、金属ワイヤ１０と上面電極７との接合が剥離し易い。
【００２２】
図６のＣ部分では、金属ワイヤ１０が上面電極７にボールボンドされているが、その真下に下面電極１４が形成されていない。従って、Ｃ部分では剥離は発生し難い。また、図６のＤ部分では、金属ワイヤ１０が上面電極７にボールボンドされ、その真下に下面電極１２が形成されている。しかし、Ｄ部分において下面電極１２は複数の隣接するワイヤボンディングの真下に延在している。従って、下面電極１２による段差が生じ難いため、Ｄ部分では剥離は発生し難い。
【００２３】
図７は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の要部を拡大した断面図である。図示のように、下面電極１４の厚みは１８〜２５μｍであり、配線基板１のコア材の厚みは８０μｍ以下である。本実施の形態においては、コア材はガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた部材で構成される。また、コア材を複数層重ねて使用する場合は、それら複数層のコア材の総厚として、コア材の厚みを定義する。コア材の厚みが８０μｍ以下になると、配線基板の剛性の確保が難しくなる。このような場合、配線基板裏面に大きな凹凸があると、図１０に示す樹脂封止時の配線基板の変形を回避することが難しくなる。そして、本実施の形態では、ソルダーレジスト１５の表面段差の最大値を８μｍ以下としている。また、表面段差を８μｍ以下にするために、ソルダーレジスト１５の厚みを２５μｍ以上として、下面電極１４よりも厚くしている。これにより、ソルダーレジスト１５表面の凹凸を小さくすることができ、上面電極７と金属ワイヤ１０との接合が剥離するのを防ぐことができる。これについて以下に説明する。
【００２４】
図８は、ソルダーレジストの厚み及び表面段差を変えて、リフロー後に半導体装置が良品であるか否かを調べた実験結果を示す図である。この実験結果より、ソルダーレジスト１５の厚みが２５μｍ以上の場合、ソルダーレジスト１５の表面段差は８μｍ以下となり、この場合に不良品は発生しないことが分かった。
【００２５】
ここで、上面電極７の表面に金メッキ８が形成されているが、金メッキ８はトランスファモールド樹脂１１との密着性が悪い。従って、金メッキ８が形成されていると剥離が生じ易くなるため、本発明の重要性が増す。  
【００２６】
また、配線基板１のコア材として、前述の通り、ガラスクロスにエポキシエポキシ樹脂を含浸・乾燥させたプリプレグを複数枚積層して一体に成形したガラスエポキシを用いることができる。ただし、配線基板の材質は、ガラスエポキシ以外にも、ポリイミド又はＢＴレジンでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す上面図である。
【図３】図２の半導体装置について上側から下面電極を透過した状態を示す上面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体装置の要部を拡大した上面図である。
【図５】図４の領域を透過して下部電極を見た図である。
【図６】図４と図５を重ね合わせた図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る半導体装置の要部を拡大した断面図である。
【図８】ソルダーレジストの厚み及び表面段差を変えて、リフロー後に半導体装置が良品であるか否かを調べた実験結果を示す図である。
【図９】従来の半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図１０】従来の半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図１１】従来の半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  配線基板
２  ソルダーレジスト
６  半導体チップ
７  上面電極
８  金メッキ
１０  金属ワイヤ
１１  トランスファモールド樹脂
１４  下面電極
１５  ソルダーレジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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