(57)【要約】【課題】基板の主面上にチップ型電子部品がはんだで接続、固定され、その主面側が一体に樹脂封止された半導体装置をプリント基板等の実装基板にはんだ付けするリフロー加熱時に、はんだの再溶融流れ出しによる不良発生を防止することができる半導体装置を提供する。【解決手段】基板１に半導体素子３とチップコンデンサ５を実装した後、封止樹脂を用いた中空封止により封止樹脂部８を形成するに際し、基板１の底面側から基板穿孔部９へ気体を加圧注入することで、封止樹脂部８内に、チップコンデンサ５の端部電極５ａ、５ｂ及びはんだフィレット部６の全体を被覆する樹脂未充填の空洞１０を形成する。【選択図】図１
2008270676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面上に形成されたランド部を有する基板と、
両端に端部電極を有し、前記基板の前記主面上に載置されて前記端部電極が前記ランド部にはんだ接続されたチップ型電子部品と、
前記基板の前記主面上に載置された前記チップ型電子部品の前記端部電極の壁面上に形成されたはんだフィレット部と、
前記基板の前記主面および前記主面とは反対側の底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が前記はんだフィレット部近傍に位置する基板穿孔部と、
前記主面側を封止する封止樹脂部と、
前記封止樹脂部内の前記はんだフィレット部の周囲に形成された樹脂未充填部と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
主面上に形成されたランド部を有する基板と、
両端に端部電極を有し、前記基板の前記主面上に載置されて前記端部電極が前記ランド部にはんだ接続されたチップ型電子部品と、
前記基板の前記主面上に載置された前記チップ型電子部品の前記端部電極の壁面上に形成されたはんだフィレット部と、
前記基板の前記主面および前記主面とは反対側の底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が、前記チップ型電子部品が載置されている領域の周囲に位置する基板穿孔部と、
前記主面側を封止する封止樹脂部と、
前記封止樹脂部内の前記チップ型電子部品の周囲に形成された樹脂未充填部と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
主面上に形成されたランド部を有する基板と、
両端に端部電極を有し、前記基板の前記主面上に載置されて前記端部電極が前記ランド部にはんだ接続されたチップ型電子部品と、
前記基板の前記主面上に載置された前記チップ型電子部品の前記端部電極の壁面上に形成されたはんだフィレット部と、
前記基板の前記主面および前記主面とは反対側の底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が前記はんだフィレット部近傍に位置する基板穿孔部と、
前記はんだフィレット部上に塗布された熱可塑性のホットメルト材と、
前記主面側を封止する封止樹脂部と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項２記載の半導体装置であって、さらに、前記基板の前記主面および前記底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が前記チップ型電子部品下に位置する基板穿孔部と、前記チップ型電子部品と前記主面との間に形成された樹脂未充填部と、を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１もしくは２のいずれかに記載の半導体装置であって、前記封止樹脂部を形成する樹脂は、ゲル化した際の粘度が２０Ｐａ・ｓ乃至５０Ｐａ・ｓであることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１もしくは２のいずれかに記載の半導体装置であって、前記樹脂未充填部には気体が充填されており、その気体は、前記封止樹脂部を形成する樹脂とは反応しない性質を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置であって、前記基板は熱硬化性樹脂で形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置であって、前記基板はセラミック基板であることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項７記載の半導体装置であって、前記基板穿孔部の内面を覆う金属膜をさらに備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
主面上に形成されたランド部を有する基板と、
両端に端部電極を有し、前記基板の前記主面上に載置されて前記端部電極が前記ランド部にはんだ接続されたチップ型電子部品と、
前記基板の前記主面上に載置された前記チップ型電子部品の前記端部電極の壁面上に形成されたはんだフィレット部と、
前記基板の前記主面および前記主面とは反対側の底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が前記はんだフィレット部近傍に位置する基板穿孔部と、
を具備する樹脂封止前の半導体装置を、前記基板穿孔部の前記底面側の開口部へ気体を注入するための気体注入部が形成された金型内に設置し、前記金型内に樹脂を注入して前記基板の前記主面側を封止する封止樹脂部を形成するに際し、前記気体注入部から気体を注入して、前記封止樹脂部内の前記はんだフィレット部の周囲に樹脂未充填部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
主面上に形成されたランド部を有する基板と、
両端に端部電極を有し、前記基板の前記主面上に載置されて前記端部電極が前記ランド部にはんだ接続されたチップ型電子部品と、
前記基板の前記主面上に載置された前記チップ型電子部品の前記端部電極の壁面上に形成されたはんだフィレット部と、
前記基板の前記主面および前記主面とは反対側の底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が、前記チップ型電子部品が載置されている領域の周囲に位置する基板穿孔部と、
を具備する樹脂封止前の半導体装置を、前記基板穿孔部の前記底面側の開口部へ気体を注入するための気体注入部が形成された金型内に設置し、前記金型内に樹脂を注入して前記基板の前記主面側を封止する封止樹脂部を形成するに際し、前記気体注入部から気体を注入して、前記封止樹脂部内の前記チップ型電子部品の周囲に樹脂未充填部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
主面上に形成されたランド部を有する基板と、
両端に端部電極を有し、前記基板の前記主面上に載置されて前記端部電極が前記ランド部にはんだ接続されたチップ型電子部品と、
前記基板の前記主面上に載置された前記チップ型電子部品の前記端部電極の壁面上に形成されたはんだフィレット部と、
前記基板の前記主面および前記主面とは反対側の底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が前記はんだフィレット部近傍に位置する基板穿孔部と、
前記はんだフィレット部上に塗布された熱可塑性のホットメルト材と、
を具備する樹脂封止前の半導体装置を金型内に設置し、前記金型内に樹脂を注入して前記基板の前記主面側を封止する封止樹脂部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法であって、該半導体装置は、前記基板の前記主面および前記底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が前記チップ型電子部品下に位置する基板穿孔部をさらに具備し、前記チップ型電子部品と前記主面との間にも樹脂未充填部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０もしくは１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記金型内に注入される樹脂は、ゲル化した際の粘度が２０Ｐａ・ｓ乃至５０Ｐａ・ｓであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０もしくは１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記金型の前記気体注入部から注入される気体は、前記金型内に注入される樹脂とは反応しない性質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１６】
請求項１０もしくは１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記金型の前記気体注入部から気体を注入するに際し、０．１２ＭＰａ乃至０．２ＭＰａの気体圧力で加圧注入す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、基板の主面上に少なくともチップ型電子部品が載置されており、そのチップ型電子部品が載置された主面側が一体に樹脂封止されている半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話を中心とする移動体通信分野においては、通信用半導体装置の小型化、薄型化の要求と合わせて高機能化の要求が強まっており、複数の半導体素子およびそれらの半導体素子間の回路形成に用いるチップコンデンサやチップインダクタ等のチップ型電子部品を１つのパッケージ内に内蔵した高機能モジュールが求められている。その例として、トリプルバンドに対応する複数の半導体素子を１つのパッケージ内に内蔵したＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）系携帯電話用のＰＡ（Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）モジュールがある。
【０００３】
以下、図９を用いて、複数の半導体素子およびそれらの半導体素子間の回路形成に用いるチップ型電子部品を１つのパッケージ内に内蔵した半導体装置の従来の構成を説明する。図９は従来の半導体装置の構成を説明するための断面図である。
【０００４】
図９において、基板１０１は、その主面上に銅箔からなるパターンが形成されており、その表層のパターンは、半導体素子１０３およびチップ型電子部品１０５のランド部１０２、並びに図示しない配線として使用される。すなわち、半導体素子１０３はランド部１０２上にはんだ接続され、半導体素子１０３の表面に形成されている図示しない電極は、金属細線１０４を介して、半導体素子１０３の周囲に形成されているランド部１０２と電気的に接続される。また、チップ型電子部品１０５は、両端に端部電極１０５ａ、１０５ｂを有し、その端部電極１０５ａ、１０５ｂがランド部１０２にはんだ接続されている。一方、主面とは反対側の底面上に形成された銅箔は、外部接続用の電極１０７として使われる。
【０００５】
また、半導体素子１０３およびチップ型電子部品１０５が実装された主面側は封止樹脂部１０８により封止されている。封止樹脂部１０８は、半導体素子１０３およびチップ型電子部品１０５が実装された樹脂封止前の半導体装置を金型内に設置し、該金型内に熱硬化性の樹脂を注入して加熱硬化させることで形成する。
【０００６】
しかしながら、この従来の半導体装置は、プリント基板等の実装基板にはんだ付けされるものであり、そのリフロー加熱時に、チップ型電子部品１０５の端部電極１０５ａ、１０５ｂとランド部１０２とをはんだ接続したときに端部電極１０５ａ、１０５ｂの壁面上に形成されたはんだフィレット部１０６が再溶融して流れ出し、端部電極１０５ａ、１０５ｂが短絡するという問題があった。すなわち、リフロー加熱時に、はんだフィレット部１０６を形成するはんだの再溶融に伴う熱膨張（体積膨張）により、チップ型電子部品１０５と封止樹脂部１０８との間に隙間が生じ、その隙間に再溶融したはんだが毛細管現象により流れ出して、端部電極１０５ａ、１０５ｂ間が短絡する。
【０００７】
そこで、従来、このはんだの再溶融流れ出しによる不良発生の問題を解決するために、高温領域における弾性率が低い樹脂を用いて封止樹脂部を形成することで、リフロー加熱時のはんだの体積膨張による圧力を緩和して、チップ型電子部品と封止樹脂部との間に隙間が生じないようにし、再溶融したはんだによる端部電極間の短絡を防止する半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
また、図１０に示すように、チップ型電子部品１０５が実装された基板１０１の主面の上部に、その主面と略同じサイズで、高粘性且つチキソトロピー性の高いシート状の樹脂１０９を載置し、そのシート状の樹脂１０９の周縁部を加圧・加熱して中空部１１０を形成することで、はんだフィレット部１０６の周囲が樹脂で封止されないようにして、リフロー加熱時に再溶融したはんだによる端部電極１０５ａ、１０５ｂ間の短絡を防止する半導体装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２０８６６８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、基板の主面側を覆う封止樹脂部を高温領域における弾性率が低い樹脂を用いて形成した従来の半導体装置は、特殊な樹脂が必要で樹脂封止方法やパッケージサイズにも制約があった。すなわち、高温領域における弾性率が低い樹脂には、シリコン樹脂のようなゴム状弾性を持つ樹脂や高度にシリコン変性されたエポキシ樹脂があり、一般的には液状樹脂であることが多い。液状樹脂を用いた樹脂封止には真空印刷封止（減圧されたチャンバー（容器）内で液状樹脂を印刷し、大気圧に戻す際の差圧により内部の隙間を封止する）工法と装置が用いられるが、高温領域における弾性率が低い樹脂を用いた場合、通常の印刷工法では樹脂中に気泡が残り、チップ型電子部品下の僅かな隙間も埋まりきらず、リフロー加熱時にはんだブリッジが発生しやすくなる。また、そのような樹脂は、弾性率を下げるために無機フィラー量が減らされているため、線膨張係数が大きく、樹脂硬化後の反り量が大きくなる傾向があり、外形が１０ｍｍ×１０ｍｍを超えるような大きなパッケージに使用すると、裏面の平坦性（コープラナリティ）を保つことが難しく、大きなパッケージには不向きである。
【００１０】
また、基板の主面の上部に高粘性且つチキソトロピー性の高いシート状の樹脂を載置し、その樹脂の周縁部を加圧・加熱して中空部を形成して、はんだフィレット部の周囲が樹脂で封止されないようにした従来の半導体装置は、特殊な樹脂によるプレス封止のため、チップ型電子部品間の間隔が狭い箇所には樹脂が入らず、リフロー加熱時に再溶融したはんだにより、隣接するチップ型電子部品同士が短絡するおそれがあった。また、基板の端部側に配置されているチップ型電子部品の基板端部側の端部電極上に形成されたはんだフィレット部と樹脂との間に隙間（中空部）を１００％の確率で形成することは困難であった。さらに、一般的に、基板主面側の樹脂封止は、樹脂封止前の半導体装置を金型内に設置して、その金型内に樹脂を注入することで行うが、この従来の半導体装置は、特殊な樹脂を用いたプレス加工が必要となることから、価格上昇も避けられなかった。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、特殊な樹脂を用いることなく、リフロー加熱時のはんだの再溶融流れ出しによる不良発生を防止でき、品質向上を図ることができる半導体装置およ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】
【００１２】
本発明の請求項１記載の半導体装置は、主面上に形成されたランド部を有する基板と、両端に端部電極を有し、前記基板の前記主面上に載置されて前記端部電極が前記ランド部にはんだ接続されたチップ型電子部品と、前記基板の前記主面上に載置された前記チップ型電子部品の前記端部電極の壁面上に形成されたはんだフィレット部と、前記基板の前記主面および前記主面とは反対側の底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が前記はんだフィレット部近傍に位置する基板穿孔部と、前記主面側を封止する封止樹脂部と、前記封止樹脂部内の前記はんだフィレット部の周囲に形成された樹脂未充填部と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２記載の半導体装置は、主面上に形成されたランド部を有する基板と、両端に端部電極を有し、前記基板の前記主面上に載置されて前記端部電極が前記ランド部にはんだ接続されたチップ型電子部品と、前記基板の前記主面上に載置された前記チップ型電子部品の前記端部電極の壁面上に形成されたはんだフィレット部と、前記基板の前記主面および前記主面とは反対側の底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が、前記チップ型電子部品が載置されている領域の周囲に位置する基板穿孔部と、前記主面側を封止する封止樹脂部と、前記封止樹脂部内の前記チップ型電子部品の周囲に形成された樹脂未充填部と、を具備することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項３記載の半導体装置は、主面上に形成されたランド部を有する基板と、両端に端部電極を有し、前記基板の前記主面上に載置されて前記端部電極が前記ランド部にはんだ接続されたチップ型電子部品と、前記基板の前記主面上に載置された前記チップ型電子部品の前記端部電極の壁面上に形成されたはんだフィレット部と、前記基板の前記主面および前記主面とは反対側の底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が前記はんだフィレット部近傍に位置する基板穿孔部と、前記はんだフィレット部上に塗布された熱可塑性のホットメルト材と、前記主面側を封止する封止樹脂部と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項４記載の半導体装置は、請求項２記載の半導体装置であって、さらに、前記基板の前記主面および前記底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が前記チップ型電子部品下に位置する基板穿孔部と、前記チップ型電子部品と前記主面との間に形成された樹脂未充填部と、を具備することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項５記載の半導体装置は、請求項１もしくは２のいずれかに記載の半導体装置であって、前記封止樹脂部を形成する樹脂は、ゲル化した際の粘度が２０Ｐａ・ｓ乃至５０Ｐａ・ｓであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項６記載の半導体装置は、請求項１もしくは２のいずれかに記載の半導体装置であって、前記樹脂未充填部には気体が充填されており、その気体は、前記封止樹脂部を形成する樹脂とは反応しない性質を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項７記載の半導体装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置であって、前記基板は熱硬化性樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項８記載の半導体装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置であって、前記基板はセラミック基板であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項９記載の半導体装置は、請求項７記載の半導体装置であって、前記基板穿孔部の内面を覆う金属膜をさらに備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項１０記載の半導体装置の製造方法は、主面上に形成されたランド部を有する基板と、両端に端部電極を有し、前記基板の前記主面上に載置されて前記端部電極が前記ランド部にはんだ接続されたチップ型電子部品と、前記基板の前記主面上に載置された前記チップ型電子部品の前記端部電極の壁面上に形成されたはんだフィレット部と、前記基板の前記主面および前記主面とは反対側の底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が前記はんだフィレット部近傍に位置する基板穿孔部と、を具備する樹脂封止前の半導体装置を、前記基板穿孔部の前記底面側の開口部へ気体を注入するための気体注入部が形成された金型内に設置し、前記金型内に樹脂を注入して前記基板の前記主面側を封止する封止樹脂部を形成するに際し、前記気体注入部から気体を注入して、前記封止樹脂部内の前記はんだフィレット部の周囲に樹脂未充填部を形成することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項１１記載の半導体装置の製造方法は、主面上に形成されたランド部を有する基板と、両端に端部電極を有し、前記基板の前記主面上に載置されて前記端部電極が前記ランド部にはんだ接続されたチップ型電子部品と、前記基板の前記主面上に載置された前記チップ型電子部品の前記端部電極の壁面上に形成されたはんだフィレット部と、前記基板の前記主面および前記主面とは反対側の底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が、前記チップ型電子部品が載置されている領域の周囲に位置する基板穿孔部と、を具備する樹脂封止前の半導体装置を、前記基板穿孔部の前記底面側の開口部へ気体を注入するための気体注入部が形成された金型内に設置し、前記金型内に樹脂を注入して前記基板の前記主面側を封止する封止樹脂部を形成するに際し、前記気体注入部から気体を注入して、前記封止樹脂部内の前記チップ型電子部品の周囲に樹脂未充填部を形成することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の請求項１２記載の半導体装置の製造方法は、主面上に形成されたランド部を有する基板と、両端に端部電極を有し、前記基板の前記主面上に載置されて前記端部電極が前記ランド部にはんだ接続されたチップ型電子部品と、前記基板の前記主面上に載置された前記チップ型電子部品の前記端部電極の壁面上に形成されたはんだフィレット部と、前記基板の前記主面および前記主面とは反対側の底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が前記はんだフィレット部近傍に位置する基板穿孔部と、前記はんだフィレット部上に塗布された熱可塑性のホットメルト材と、を具備する樹脂封止前の半導体装置を金型内に設置し、前記金型内に樹脂を注入して前記基板の前記主面側を封止する封止樹脂部を形成することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の請求項１３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１１記載の半導体装置の製造方法であって、該半導体装置は、前記基板の前記主面および前記底面のそれぞれに開口部を有し、前記主面側の開口部が前記チップ型電子部品下に位置する基板穿孔部をさらに具備し、前記チップ型電子部品と前記主面との間にも樹脂未充填部を形成することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の請求項１４記載の半導体装置の製造方法は、請求項１０もしくは１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記金型内に注入される樹脂は、ゲル化した際の粘度が２０Ｐａ・ｓ乃至５０Ｐａ・ｓであることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の請求項１５記載の半導体装置の製造方法は、請求項１０もしくは１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記金型の前記気体注入部から注入される気体は、前記金型内に注入される樹脂とは反応しない性質を有することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の請求項１６記載の半導体装置の製造方法は、請求項１０もしくは１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記金型の前記気体注入部から気体を注入するに際し、０．１２ＭＰａ乃至０．２ＭＰａの気体圧力で加圧注入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、はんだフィレット部の周囲に樹脂未充填の空間が形成されているので、リフロー加熱時に再溶融したはんだによる端部電極間の短絡（はんだブリッジ）を防止することができ、半導体装置の品質向上を図ることができる。また、はんだフィレット部の周囲に容易に任意の大きさの樹脂未充填の空間を形成することができ、はんだフィレット部と封止樹脂部との間に確実に空間を形成できる。
【００２９】
また、本発明によれば、はんだフィレット部全体をホットメルト材で被覆したので、リフロー加熱時に、チップ型電子部品を基板上に接続、固定するはんだより先にホットメルト材が軟化、溶融して、はんだの熱膨張（体積膨張）の圧力により、ホットメルト材が、基板を貫通する基板穿孔部内に押し出され、またはんだが凝固した場合には、ホットメルト材が、はんだの体積収縮に連動して基板穿孔部から引き出される。よって、リフロー加熱時にはんだが熱膨張しても、チップ型電子部品と封止樹脂部との間に隙間が生じず、再溶融したはんだによる端部電極間の短絡（はんだブリッジ）を防止することができ、半導体装置の品質向上を図ることができる。
【００３０】
また、基板の主面側を封止する封止樹脂部を金型を用いた一般的な方法で形成でき、チップ型電子部品間の間隔が狭い箇所であっても確実に樹脂を充填でき、リフロー加熱時に再溶融したはんだによって、隣接するチップ型電子部品同士が短絡すること（はんだブリッジ）を確実に防止できる。また、金型を用いた一般的な方法を用いることができるので、コスト上昇を抑えることができる。
【００３１】
また、基板の主面側を樹脂封止するのに一般的な樹脂を用いることができるので、特殊な樹脂を必要とせず、樹脂封止方法やパッケージサイズに制約がない。また、一般的な樹脂を用いることができるので、コスト上昇を抑えることができる。
【００３２】
以上のように、本発明によれば、基板の主面上にチップ型電子部品がはんだで接続、固定され、その主面側が一体に樹脂封止された半導体装置をプリント基板等の実装基板にはんだ付けするリフロー加熱時に、はんだの再溶融流れ出しによる不良発生を防止することができ、またその限界品質を向上することができる。すなわち、半導体装置の信頼性の評価は、前処理として高温多湿環境下で吸湿させた半導体装置をリフロー加熱処理して、吸湿量およびリフローピーク温度とはんだブリッジの発生との関係を調べることで行うが、本発明によれば、吸湿量がより多く、リフローピーク温度がより高い、限界品質の高い半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る半導体装置およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。図１は本実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。ここでは、８００ＭＨｚ乃至２ＧＨｚのＷ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅ  ｂａｎｄ  −  Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）用のＰＡモジュールを例に説明する。
【００３４】
図１において、基板１は基材５層銅箔６層の多層構造の基板であり、基板１の主面上には銅箔からなるパターン（表層）が形成されている。その表層のパターンは、半導体素子３およびチップコンデンサ（チップ型電子部品）５のランド部２、並びに図示しない配線として使用される。すなわち、半導体素子３はランド部２上にはんだ接続され、半導体素子３の表面に形成されている図示しない電極は、金属細線４を介して、半導体素子３の周囲に形成されているランド部２と電気的に接続される。また、チップコンデンサ５は、その両端に端部電極５ａ、５ｂを有し、基板１の主面上に載置されて、端部電極５ａ、５ｂがランド部２にはんだ接続されている。また、基板１の主面上に載置されたチップコンデンサ５の端部電極５ａ、５ｂの壁面上にははんだフィレット部６が形成されている。一方、主面とは反対側の底面上に形成された銅箔は、外部接続用の電極７として使われる。また、各層の銅箔は内部ビアで相互に接続されている。
【００３５】
また、本実施の形態１では、主面上に載置されたチップコンデンサ５の端部電極５ａ、５ｂの外側位置（はんだフィレット部６の近傍位置）に各１個、基板を貫通する基板穿孔部９が形成されている。すなわち、基板穿孔部９は、基板１の主面および底面にそれぞれ開口部を有し、主面側の開口部がチップコンデンサ５の端部電極５ａ、５ｂの外側（はんだフィレット部６の近傍）に位置している。
【００３６】
この基板１は、大きさ８ｍｍ×８ｍｍの製品個片が縦３個×横６個面付けされた縦３２ｍｍ×横５６ｍｍ×総厚み０．６５ｍｍの集合基板で、各個片には半導体素子３が１個と０６０３サイズ（長さ０．６ｍｍ×幅０．３ｍｍ×高さ０．３ｍｍ）のチップコンデンサ５が５個実装されている。また、基板穿孔部９は内径０．２ｍｍであり、８ｍｍ×８ｍｍの製品個片中に１０個形成されている。
【００３７】
また、半導体素子３およびチップコンデンサ５を実装した基板１の主面側は、封止樹脂部８で覆われている。この封止樹脂部８は、基板１に半導体素子３とチップコンデンサ５を実装した後、封止樹脂として液状エポキシ樹脂を用いた中空封止により形成される。さらに、本実施の形態１では、封止樹脂部８内に、チップコンデンサ５の端部電極５ａ、５ｂ及びはんだフィレット部６の全体を被覆する樹脂未充填の空洞（樹脂未充填部）１０が形成されている。
【００３８】
続いて、この半導体装置の製造方法について図２を用いて説明する。図２は本実施の形態１に係る半導体装置の樹脂封止工程を説明するための工程断面図である。但し、図１に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【００３９】
まず、図２（ａ）に示すように、樹脂封止前の半導体装置を金型の下型１２上に設置する。下型１２には、基板穿孔部９の基板底面側の開口部の位置に合わせてガス吐出口が設置された配管（気体注入部）１３が形成されている。また、配管１３のガス吐出口と基板穿孔部９の開口部とを密着させるため、下型１２には、配管１３のガス吐出口の位置に穴が開けられたシリコンゴム１４が貼り付けられている。
【００４０】
次に、図２（ｂ）に示すように、金型の上型１１と下型１２を合わせて、上型１１の樹脂注入口１５から上型キャビティ内へ液状エポキシ樹脂を注入して充填する。次に、図２（ｃ）に示すように、加熱による樹脂硬化を行いながら、同時に、配管１３を介して基板穿孔部９の基板底面側の開口部へ気体を加圧注入して、はんだフィレット部６の周囲の樹脂を排除する。その結果、隣接するチップコンデンサ５間は封止樹脂部８で封止され、封止樹脂部８内のはんだフィレット部６の周囲に空洞１０（樹脂未充填部）が形成される。
【００４１】
ここで、基板穿孔部９へ注入する気体としては、空気、窒素等の封止樹脂部８を形成する樹脂とは反応しない安定な気体を用いるのが望ましい。これらの気体は樹脂硬化反応に影響を与えないとともに、入手が容易で気体の価格も安価なため製造価格に与える影響が小さい。
【００４２】
以上のように、図２（ａ）〜図２（ｃ）の樹脂封止工程にしたがって半導体装置の樹脂封止を実行するが、はんだフィレット部６の周囲に形成する空洞１０の大きさを最適化するには、封止樹脂部８を形成する樹脂の粘度の選定および基板底面側から気体を注入する際の気体圧力の調整が必要となる。空洞１０は、基板１の主面からチップコンデンサ５の端部電極５ａ、５ｂの上側まで、はんだフィレット部６に沿って広がり、少なくともリフロー加熱時のはんだの熱膨張分の体積を有するように形成する。
【００４３】
樹脂の選定については、一般に樹脂はゲル化した際に粘度が大きく低下することが知られており、硬化前の２５℃での液状樹脂粘度はあまり参考にはならないので、加熱硬化時にゲル化した際の最低粘度により樹脂を選定する。
【００４４】
また、一般的に、粘度が高い樹脂の方が空洞の管理を行いやすい傾向にあるが、ゲル化した際の最低粘度が高すぎるとチップコンデンサのはんだフィレット部の周囲に空洞が十分に広がらない。一方、ゲル化した際の粘度が低くなりすぎると、空洞が浮力によりチップコンデンサの上面位置よりも上方まで広がりやすくなり、空洞が必要以上に大きくなってしまう。
【００４５】
図３に、基板底面側から気体を注入する際の圧力が０．１４ＭＰａの場合における、ゲル化した際の最低樹脂粘度と樹脂未充填部（空洞）の基板主面からの到達位置との関係を示す。図３に示すように、気体圧力が０．１４ＭＰａの場合、ゲル化した際の最低樹脂粘度は２０Ｐａ・ｓ乃至５０Ｐａ・ｓの範囲にあることが望ましい。すなわち、最低樹脂粘度が２０Ｐａ・ｓのときには、空洞の最上部は、チップコンデンサの端部電極の上面よりも約０．３ｍｍ高い０．６ｍｍまで到達し、最低樹脂粘度が５０Ｐａ・ｓのときには、空洞の最上部は、チップコンデンサの端部電極の上面とほぼ同じ０．３ｍｍまで到達する。
【００４６】
また、気体を注入する際の圧力については、ゲル化した際の最低樹脂粘度により最適な気体圧力範囲が変化するので、選定した樹脂特性に合わせて気体圧力を調整することが必要である。また、一般的に、気体圧力が高すぎると、樹脂中に形成される空洞が必要以上に大きくなってしまう。
【００４７】
図４に、ゲル化した際の最低樹脂粘度が３０ＭＰａの場合における、基板底面側から気体を加圧注入する際の気体圧力と樹脂未充填部（空洞）の基板主面からの到達位置との関係を示す。図４に示すように、ゲル化した際の最低樹脂粘度が３０ＭＰａの場合、加圧注入する気体の圧力は０．１２ＭＰａ乃至０．２ＭＰａの範囲にあることが望ましい。すなわち、気体の圧力が０．１２ＭＰａのときには、空洞の最上部は、チップコンデンサの端部電極の上面とほぼ同じ０．３ｍｍまで到達し、気体の圧力が０．２ＭＰａのときには、空洞の最上部は、チップコンデンサの端部電極の上面よりも約０．３ｍｍ高い０．６ｍｍまで到達する。
【００４８】
本実施の形態１では、ゲル化した際の最低粘度が３０Ｐａ・ｓの液状エポキシ樹脂を使用し、気体圧力０．１４ＭＰaで空気を注入する。その結果、空洞１０は、基板１の主面からチップコンデンサ５の端部電極５ａ、５ｂの上側まで、はんだフィレット部６に沿って広がる。
【００４９】
以上のように、樹脂未充填部（空洞１０）の形成のために樹脂粘度の選択が必要になるが、一般の液状エポキシ樹脂を使用でき、簡単な操作で任意の大きさの樹脂未充填部（空洞１０）を形成できるため、特殊な樹脂を使うよりも製造価格の上昇を抑えることができる。
【００５０】
なお、基板１には、例えば、エポキシ樹脂をガラスクロスに含浸させた熱硬化性樹脂基板や、ビスマレイミドトリアジン樹脂等をガラスクロスに含浸させた熱硬化性樹脂基板を用いることができる。これらの熱硬化性樹脂基板は、ドリル等の切削加工により、任意の位置に、任意の大きさの基板穿孔部９を容易に形成することができ、基板の価格上昇を最小限に抑えることができる。また、基板穿孔部９の内面に金属メッキによる薄膜形成が容易なため、基板穿孔部９の内面を金属膜で覆い、表層のパターンと基板底面の電極７との間の回路接続に用いることができる。また、基板穿孔部９の内面を金属膜で覆うことで、基板穿孔部９の基板底面側の開口部から加圧注入する気体が基板内部へ漏洩することを防ぐことができる。
【００５１】
また、基板１に、アルミナ等のセラミック基板を用いてもよい。セラミック基板は、グリーンシートと呼ばれる樹脂とセラミックの複合材料を薄膜化し、積層、焼成工程を経て製造されるため、積層、焼成工程の前に、パンチングによる穴加工によりグリーンシートに穴を開けておくことで、基板穿孔部９を形成することができる。このように、セラミック基板を用いた場合も、任意の位置に、任意の大きさの基板穿孔部９を容易に形成することができ、基板の価格上昇を最小限に抑えることができる。また、セラミック基板は緻密な構造のため、基板穿孔部９の内面を金属膜で覆わなくても、基板穿孔部９の基板底面側の開口部から加圧注入する気体が基板内部へ漏洩するおそれはない。
【００５２】
続いて、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例について、図面を参照しながら説明する。図５は本実施の形態１に係る半導体装置の変形例の構成を示す概略断面図である。また、図６は本実施の形態１に係る半導体装置の変形例の樹脂封止工程を説明するための工程断面図である。但し、図１、２に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【００５３】
この変形例は、基板穿孔部９が、主面上に載置されたチップコンデンサ５の端部電極５ａ、５ｂの外側位置（はんだフィレット部６の近傍位置）に各１個、端部電極５ａ、５ｂの内側位置（チップコンデンサ５の下方）に各１個、チップコンデンサ５が載置されている領域の周囲のうちチップコンデンサ５の前面側および後面側にそれぞれ２個形成されている点が、図１に示す半導体装置と異なる。すなわち、この変形例における基板穿孔部９は、基板１の主面および底面にそれぞれ開口部を有し、主面側の開口部が、チップコンデンサ５が載置されている領域の周囲およびチップコンデンサ５の下方に位置している。また、このように構成したことにより、図５に示すように、封止樹脂部８内に、チップコンデンサ５全体を被覆する樹脂未充填の空洞（樹脂未充填部）１０を形成することができる。
【００５４】
続いて、この半導体装置の製造方法について図６を用いて説明する。まず、図６（ａ）に示すように、樹脂封止前の半導体装置を金型の下型１２上に設置する。下型１２には、基板穿孔部９の基板底面側の開口部の位置に合わせてガス吐出口が設置された配管（気体注入部）１３が形成されている。また、配管１３のガス吐出口と基板穿孔部９の開口部とを密着させるため、下型１２には、配管１３のガス吐出口の位置に穴が開けられたシリコンゴム１４が貼り付けられている。
【００５５】
次に、図６（ｂ）に示すように、金型の上型１１と下型１２を合わせて、上型１１の樹脂注入口１５から上型キャビティ内へ液状エポキシ樹脂を注入して充填する。次に、図６（ｃ）に示すように、加熱による樹脂硬化を行いながら、同時に、配管１３を介して基板穿孔部９の基板底面側の開口部へ気体を加圧注入する。このとき、基板穿孔部９がチップコンデンサ５を囲むように設けられているため、チップコンデンサ５全体を覆っている樹脂を排除するように空洞１０が伸長してゆく。その結果、隣接するチップコンデンサ５間は封止樹脂部８で封止され、チップコンデンサ全体が樹脂未充填部（空洞１０）に入ったパッケージ構造となる。
【００５６】
以上のように、本実施の形態１によれば、図１に示す半導体装置の構成においてはフィレット部６の周囲に樹脂未充填の空間（空洞）が形成され、図５に示す半導体装置の構成ではチップコンデンサ全体が樹脂未充填の空間（空洞）に入るため、リフロー加熱した際のはんだの再溶融流れ出しによる不良発生を防止でき、またその限界品質を向上することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２に係る半導体装置およびその製造方法について、図７および図８を参照しながら説明する。図７は本実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。また、図８は本実施の形態２に係る半導体装置の樹脂封止工程を説明するための工程断面図である。但し、前述の実施の形態１において説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【００５８】
本実施の形態２に係る半導体装置は、図７に示すように、封止樹脂部８内に、チップコンデンサ５の端部電極５ａ、５ｂ及びはんだフィレット部６の全体を被覆する熱可塑性のホットメルト材１２が形成されている点が、前述の実施の形態１と異なる。ホットメルト材１６は軟化点１２０℃のＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）であり、グルーガン等の設備で全てのチップコンデンサ５に対して、樹脂封止を実行する前に塗布しておく。予め基板を８０℃程度に予熱しておくことで塗布時の作業性が向上する。また、ホットメルト材１６は、少なくともリフロー加熱時のはんだの熱膨張分の体積を有するように形成する。
【００５９】
続いて、この半導体装置の製造方法について図８を用いて説明する。まず、図８（ａ）に示すように、樹脂封止前の半導体装置を金型の下型１２上に設置する。次に、図８（ｂ）に示すように、金型の上型１１と下型１２を合わせて、上型１１の樹脂注入口１５から上型キャビティ内へ液状エポキシ樹脂を注入して充填し、加熱による樹脂硬化を行う。その結果、隣接するチップコンデンサ５間は封止樹脂部８で封止され、はんだフィレット部６の周囲がホットメルト材１６で被覆されたパッケージ構造となる。
【００６０】
この半導体装置の構造によれば、該半導体装置をプリント基板等の実装基板にはんだ付けするリフロー加熱時に、チップコンデンサを接続、固定するはんだより先に、１２０℃付近でホットメルト材１６が軟化、溶融する。そして、２２０℃以上ではんだが再溶融したとき、はんだの体積膨張の圧力を受けて、ホットメルト材１６が、基板穿孔部９内に押し出され、はんだが凝固した場合には、ホットメルト材１６が、はんだの体積収縮に連動して基板穿孔部９から引き出される。よって、リフロー加熱時にはんだが熱膨張しても、チップコンデンサ５と封止樹脂部８との間に隙間が生じず、再溶融したはんだによる端部電極５ａ、５ｂ間の短絡を防止することができる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態２によれば、ホットメルト材がはんだよりも低温度で液状になる特性を利用して、基板穿孔部を圧力弁として用いることで、再溶融したはんだによる端部電極間の短絡を防止することができる。
【００６２】
なお、ホットメルト材１６はＥＶＡに限定されるものではなく、軟化点が１２０℃乃至１５０℃で、半導体素子３およびチップコンデンサ５の品質に影響を与えない材料であれば代替が可能で、同様の効果が得られる。
【００６３】
また、上記の実施の形態１、２では、基材５層銅箔６層の多層構造の基板を例に説明したが、無論、これに限定されるものではない。また、チップ型電子部品としてチップコンデンサを実装した半導体装置を例に説明したが、無論、チップ型電子部品はチップコンデンサに限定されるものではない。また、封止樹脂部を形成する樹脂として液状エポキシ樹脂を使用する場合を例に説明したが、無論、これに限定されるものではない。
【００６４】
また、具体例を参照しながら本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明は上記各実施の形態の具体例に限定されるものではなく、はんだフィレット部の周辺、またはチップ型電子部品全体を被覆する樹脂未充填部（空洞）が形成されている全ての半導体装置またはその製造方法に適用できる。あるいは、はんだフィレット部の周辺を被覆するホットメルト材が形成されている全ての半導体装置またはその製造方法に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明にかかる半導体装置およびその製造方法は、基板の主面上にチップ型電子部品がはんだで接続、固定され、その主面側が一体に樹脂封止された半導体装置をプリント基板等の実装基板にはんだ付けするリフロー加熱時に、はんだの再溶融流れ出しによる不良発生を防止することができ、高機能モジュールに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す概略断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の樹脂封止工程を説明するための工程断面図
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の封止樹脂部に用いる樹脂の最低粘度と空洞の高さの関係を示す図
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の樹脂封止工程における気体圧力と空洞の高さの関係を示す図
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例の構成を示す概略断面図
【図６】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例の樹脂封止工程を説明するための工程断面図
【図７】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す概略断面図
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の樹脂封止工程を説明するための工程断面図
【図９】従来の半導体装置の構成を説明するための断面図（その１）
【図１０】従来の半導体装置の構成を説明するための断面図（その２）
【符号の説明】
【００６７】
１、１０１      基板
２、１０２      ランド部
３、１０３      半導体素子
４、１０４      金属細線
５      チップコンデンサ
５ａ、５ｂ    チップコンデンサの端部電極
６、１０６      はんだフィレット部
７、１０７      電極
８、１０８      封止樹脂部
９      基板穿孔部
１０      空洞
１１      金型の上型
１２      金型の下型
１３      配管
１４      シリコンゴム
１５      樹脂注入口
１６      ホットメルト材
１０５      チップ型電子部品
１０５ａ、１０５ｂ    チップ型電子部品の端部電極
１０９      シート状の樹脂
１１０      中空部
【図１】
2008270676.tif 000003
【図２】
2008270676.tif 000004
【図３】
2008270676.tif 000005
【図４】
2008270676.tif 000006
【図５】
2008270676.tif 000007
【図６】
2008270676.tif 000008
【図７】
2008270676.tif 000009
【図８】
2008270676.tif 000010
【図９】
2008270676.tif 000011
【図１０】
2008270676.tif 000012