(57)【要約】【課題】半導体チップのパッケージングに用いる部材の数を削減した半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、半導体チップ１０と、下面に凹部２２を有し、半導体チップ１０を封止する樹脂２０と、凹部２２に設けられた半田ボール３０と、半導体チップ１０及び半田ボール３０を接続するワイヤ４０と、からなることを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、半導体チップのパッケージングに用いる部材の数を削減することができるため、半導体装置の製造コストを大幅に削減すると共に、半導体装置の低背化を図ることができる。【選択図】図３
2008282853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
下面に凹部を有し、前記半導体チップを封止する樹脂と、
前記凹部に設けられた半田と、
前記半導体チップ及び前記半田を接続するワイヤと、
からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記凹部の体積は、前記半田の体積と等しいことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体チップの下面は、前記樹脂の下面から露出していることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半田の上面は、金属層で覆われていることを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半田は、半田ボールであることを特徴とする請求項１から４いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半田は、半田パッドであることを特徴とする請求項１から４いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項７】
前記凹部は、前記樹脂の側面と離間していることを特徴とする請求項１から６いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項８】
前記凹部は、前記樹脂の側面と接していることを特徴とする請求項１から６いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半田は、前記半導体チップの少なくとも１つの辺に沿って配列して設けられていることを特徴とする請求項１から８いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半田は、格子状に配列して設けられていることを特徴とする請求項１から９いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項１１】
支持部上に半導体チップを搭載する工程と、
前記支持部上に半田片を搭載する工程と、
前記支持部上において、前記半導体チップ及び前記半田片をワイヤにより接続する工程と、
前記支持部上において、前記半導体チップ、前記半田片、及び前記ワイヤを樹脂により封止する工程と、
前記支持部を取り除く工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記支持部を取り除いた後、前記半田片から半田ボールを形成する工程を有することを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記樹脂を切断する工程を有することを特徴とする請求項１１または１２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記支持部上に前記半田片を搭載する工程は、上面が金属層で覆われた半田片を搭載する工程であることを特徴とする請求項１１から１３いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記半田片は、上から見た場合に円形であることを特徴とする請求項１０から１４いずれか一項記載の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、例えばＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）あるいはＬＧＡ（Ｌａｎｄ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）のような表面実装型の半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の高密度化のための、半導体チップのパッケージング技術としてＢＧＡやＬＧＡなどの表面実装技術が知られている。
【０００３】
図１は従来例に係る半導体装置の断面図である。中継基板９０の上に半導体チップ１０が、接着剤（不図示）を用いてフェースアップ状態で搭載されている。中継基板９０の上面には電極９２が設けられ、半導体チップ１０上の電極（不図示）とワイヤ４０によって電気的に接続されている。半導体チップ１０及びワイヤ４０は樹脂２０により封止されている。中継基板９０の下面には、半導体装置の外部と電気的に接続するための電極９４が設けられている。電極９２と電極９４とは接続部９６により電気的に接続されている。電極９４の下面には半田ボール３０が形成されている。
【０００４】
特許文献１及び特許文献２には、加熱により溶融した半田の表面張力を利用して、複数の半田ボールを一括して形成する技術が示されている。
【特許文献１】特開２００４−２１４４７４号公報
【特許文献２】特開２００１−２０３２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体チップのパッケージング技術においては、低コスト化及び低背化が常に課題であった。一方で従来例に示されるように、多くの半導体装置においては、半導体チップをはじめとする部品を固定するための部材として中継基板を用いている。中継基板は半導体チップのパッケージングに使用される部材のうち最も高価であるとともに、所定の厚みを有するものであるため、半導体装置の低コスト化及び低背化には限界があった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半導体チップのパッケージングに用いる部材の数を削減した半導体装置及びその製造方法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】
【０００７】
本発明は、半導体チップと、下面に凹部を有し、前記半導体チップを封止する樹脂と、前記凹部に設けられた半田と、前記半導体チップ及び前記半田を接続するワイヤと、からなることを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、半導体チップのパッケージングに用いる部材の数を削減することができるため、半導体装置の製造コストを大幅に削減することができる。また、半導体装置の低背化を図ることができる。
【０００８】
上記構成において、前記凹部の体積は、前記半田の体積と等しい構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記半導体チップの下面は、前記樹脂の下面から露出している構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記半田の上面は、金属層で覆われている構成とすることができる。この構成によれば、半田と樹脂との接着性を向上させるとともに、金属層の形状に合わせて半田を形成することができる。
【００１１】
上記構成において、前記半田は、半田ボールである構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記半田は、半田パッドである構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記凹部は、前記樹脂の側面と離間している構成とすることができる。この構成によれば、半田へのダメージを抑制することができる。
【００１４】
上記構成において、前記凹部は、前記樹脂の側面と接している構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記半田は、前記半導体チップの少なくとも１つの片に沿って配列して設けられている構成とすることができる。
【００１６】
上記構成において、前記半田は、格子状に配列して設けられている構成とすることができる。この構成によれば、より多くの半田を設けることができる。
【００１７】
本発明は、支持部上に半導体チップを搭載する工程と、前記支持部上に半田片を搭載する工程と、前記支持部上において、前記半導体チップ及び前記半田片をワイヤにより接続する工程と、前記支持部上において、前記半導体チップ、前記半田片、及び前記ワイヤを樹脂により封止する工程と、前記支持部を取り除く工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、半導体チップのパッケージングに用いる部材の数を削減することができるため、半導体装置の製造コストを大幅に削減することができる。また、半導体装置の低背化を図ることができる。
【００１８】
上記構成において、前記支持部を取り除いた後、前記半田片から半田ボールを形成する工程を有する構成とすることができる。この構成によれば、外部接続部を半田ボールとすることができる。
【００１９】
上記構成において、前記樹脂を切断する工程を有する構成とすることができる。
【００２０】
上記構成において、前記支持部上に前記半田片を搭載する工程は、上面が金属層で覆われた半田片を搭載する工程である構成することができる。この構成によれば、半田と樹脂との接着性を向上させるとともに、金属層の形状に合わせて半田を形成することができる。
【００２１】
上記構成において、前記半田片は、上から見た場合に円形である構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、半導体チップのパッケージングに用いる部材の数を削減することができるため、半導体装置の製造コストを大幅に削減することができる。また、半導体装置の低背化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を用い本発明に係る実施例について説明する。
【実施例１】
【００２４】
図２（ａ）から図２（ｃ）は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図である。半導体チップのパッケージング工程においては、複数の半導体チップが平面状に配列された状態で一括して処理が行われるが、ここでは１つの半導体チップについての図を示した。図２（ａ）は樹脂部を透視した上面図であり、図２（ｂ）及び（ｃ）は図２（ａ）のＡ−Ａ１線に沿った断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照に、シリコンからなる半導体チップ１０を、接着剤（不図示）を用いてポリミイド樹脂からなる支持部５０上に搭載する。次に、錫と銀からなる正方形板状の半田片３２を、半導体チップ１０の相対向する２辺に沿って、接着剤（不図示）を用いて支持部５０上に搭載する。半導体チップ１０及び半田片３２の支持部５０への搭載は、ダイボンダーにより行う。次に支持部５０上において、半導体チップ１０と半田片３２とを金からなるワイヤ４０により電気的に接続する。次に支持部５０上において、半導体チップ１０、半田片３２、及びワイヤ４０をエポキシ系樹脂からなる樹脂２０により封止する。樹脂封止は、金型を用いたトランスファーモールド法により行う。樹脂封止が完了後、支持部５０を取り除く。
【００２５】
図２（ｃ）を参照に、支持部５０を取り除いた後、半田片３２に対し熱処理を行う。半田片３２は加熱溶融に伴う表面張力によって丸まり、半田ボール３０が形成される。もともと半田片３２が存在していた領域は、凹部２２となる。半田ボール３０の側面は、樹脂２０から離間した状態となる。その後、所定の位置において樹脂２０をダイシング法により切断する。以上の工程により、実施例１に係る半導体装置が完成する。
【００２６】
図３は実施例１に係る半導体装置の断面図である。半導体チップ１０は、その下面が樹脂２０の下面から外部に露出した状態で樹脂２０によって封止されている。樹脂２０の下面には凹部２２が形成されており、凹部２２には半導体装置の外部と電気的に接続するための半田ボール３０が形成されている。凹部２２は、もともと半田片３２が存在していた領域が、半田片３２が溶融することにより樹脂２０の下面の凹みとなって形成されたものである。よって凹部２２の体積は半田片３２または半田ボール３０とほぼ等しい。また、凹部２２は樹脂２０の側面と接している。半田ボール３０は、半田片３２が加熱溶融されることにより表面張力によって丸まったもので、概半球状の形状をしている。半導体チップ１０と半田ボール３０とは、ワイヤ４０により電気的に接続されている。
【００２７】
実施例１に係る半導体装置は、従来例（図１）と比較した場合に、半導体パッケージングに使用される部材のうち最も高価な部材である中継基板９０を使用せずに構成されている。これにより、半導体装置の材料コストを大幅に削減することができる。また、中継基板９０の厚みの分だけ半導体装置を低背化することができる。また、半田ボール３０は樹脂２０の凹部２２に形成されているため、さらに半導体装置を低背化することができる。例えば、半導体チップ１０の高さを１００μｍ、クリアランス（半導体チップ１０の上部に存在する樹脂２０の厚み）を１５０μｍとした場合に、半導体装置全体の高さを約２５０μｍとすることができる。また、半田ボール３０を用いることで、半導体装置をＢＧＡ型の構成とすることができる。
【００２８】
実施例１に係る半導体装置の製造方法によれば、支持部５０上に複数の半導体チップ１０及び半田片３２を共にダイボンダーで搭載し、熱処理により半田ボール３０を一括して形成する。このため、個別に半田ボールを形成する場合に比べて製造工程の数を減らすことができると共に、製造に使用する装置の数を減らすことができる。また、複数の半導体チップを一括して樹脂封止するため、個別に樹脂封止を行う場合に比べて、樹脂封止に使用する金型の開発が容易である。以上のように、半導体装置の製造工程を単純化し、組み立てコストを削減することができる。
【００２９】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、実施例１では正方形板状の半田片３２を用いたが、図４のように円形板状の半田片３２ａを用いてもよい。半田ボール３０は概球形であるため、円形の半田片３２ａから形成する方が容易である。
【００３０】
図２（ａ）に示されるように、実施例１では半田片３２を、半導体チップ１０の相対向する２辺に沿って支持部５０上に搭載したが、半田片３２は半導体チップ１０の少なくとも１つの辺に沿って支持部５０上に搭載されていればよい。例えば、図５（ａ）のように半田片３２を半導体チップ１０の４辺に沿って搭載してもよい。また、半田片３２を支持部５０上に２以上の列になるように搭載してもよい。例えば、図５（ｂ）のように半田片３２を支持部５０上に格子状に搭載してもよい。これらの構成とすることで、より多くの半田ボールを設けることができる。なお、図５（ｂ）においては、ワイヤ４０の一部を省略している。
【００３１】
図２（ｃ）に示されるように、実施例１では凹部２２が樹脂２０の側面と接する位置で切断を行ったが、図６のように凹部２２が樹脂２０の側面と離間する位置で切断を行ってもよい。それにより、半田ボール３０が樹脂２０によって保護されるため、半田ボール３０へのダメージを抑制することができる。また、実施例１では熱処理により半田ボール３０を形成した後に切断を行ったが、先に切断を行った後で熱処理を行っても良い。あるいは、樹脂封止の後で支持部５０を取り除く前に切断を行っても良い。実施例１の場合は、半田ボール３０の形成を一括して行うことができるという利点がある。
【００３２】
実施例１では支持部５０にポリミイド樹脂を用いたが、半導体チップ１０をはじめとする搭載部品を支持することができ、樹脂封止の際の温度（例えば１７０℃）に耐えられるものであれば他の部材を用いてもよい。また、支持部５０は樹脂封止の後に取り除かれるため、剥がれやすいものが好ましい。例えば、支持部５０に樹脂親和性が低い材質のものを用いるか、支持部５０の上面を樹脂親和性が低い材質で覆うことが考えられる。また板状よりもテープ状のものを用いることが考えられる。また支持部５０は、あらかじめ片面に接着剤が塗られたもの（例えばダイシングテープ）であることが好ましい。それにより、ダイアタッチ材が不要となるため、製造コストをさらに削減することができる。
【００３３】
実施例１では錫と銀からなる半田ボール３０及び半田片３２を用いたが、所定の温度（半導体チップ１０をはじめとする搭載部品にダメージを与えない温度。例えば２３５℃以下）で溶融し、金属同士を接合することのできる合金であれば他の部材を用いてもよい。例えば実施例１に示した例の他に、錫と銀と銅、錫と鉛、錫と亜鉛などを用いることができる。
【実施例２】
【００３４】
実施例２は半田ボールの上面にめっきを施した例である。図７は実施例２に係る半導体装置の断面図である。半田ボール３０の上面は、ニッケルからなる金属層６０で覆われており、樹脂２０の凹部２２と接着している。半導体チップ１０と金属層６０とは、ワイヤ４０により電気的に接続されている。その他の構成は実施例１と同じである。
【００３５】
実施例２に係る半導体装置の製造工程においては、図２（ａ）において上面が金属層６０で覆われた半田片３２を用いる。その他の製造工程は実施例１と同じである。
【００３６】
実施例２の構成によれば、半田ボール３０の上面が金属層６０で覆われている。半田ボール３０は金属層６０に対する親和性が高く、図７に示されるように金属層６０の表面全体を覆う。これにより、半田ボール３０を樹脂２０から外れにくくすることができる。また、金属層６０の形状に合わせて半田ボール３０を形成することができる。さらに、半田ボール３０とワイヤ４０との電気的な接続性を向上させることができる。
【００３７】
金属層６０は樹脂親和性が高く、かつワイヤ４０との接続性が高いものであれば、他の材質であってもよい。例えば金、銀、及びパラジウムなどが考えられる。また、あらかじめ上面が金属層６０で覆われた半田片３２を購入して使用してもよいが、半田片３２を支持部５０上に搭載する前の工程において、半田片３２の上面に金属層６０を形成してもよい。
【実施例３】
【００３８】
実施例３は、半田ボールの代わりに半田パッドを使用した例である。図８は実施例３に係る半導体装置の断面図である。樹脂２０の凹部２２には半田パッド３４が設けられている。半田パッド３４の上面は金属層６０で覆われており、半導体チップ１０と金属層６０とは、ワイヤ４０により電気的に接続されている。その他の構成は実施例１と同じである。
【００３９】
実施例３に係る半導体装置の製造工程においては、図２（ａ）において半田パッド３４である半田片３２を用いており、半田ボールを形成する必要がないため、図２（ｃ）において支持部５０を取り除いた後に熱処理を行わない。その他の製造工程は実施例１と同じである。
【００４０】
実施例３の構成によれば、半田ボール３０の代わりに半田パッド３４を用いているため、半導体装置をＬＧＡ型の構成とすることが可能である。
【００４１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は従来例に係る半導体装置の断面図である。
【図２】図２（ａ）は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す上面図であり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】図３は実施例１に係る半導体装置の断面図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す上面図である。
【図５】図５は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す上面図である。
【図６】図６は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】図７は実施例２に係る半導体装置の断面図である。
【図８】図８は実施例３に係る半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０    半導体チップ
２０    樹脂部
３０    半田ボール
４０    ワイヤ
５０    支持部
６０    金属層
９０    中継基板
【図１】
2008282853.tif 000003
【図２】
2008282853.tif 000004
【図３】
2008282853.tif 000005
【図４】
2008282853.tif 000006
【図５】
2008282853.tif 000007
【図６】
2008282853.tif 000008
【図７】
2008282853.tif 000009
【図８】
2008282853.tif 000010