(57)【要約】【課題】半導体ベアチップ実装における、半導体チップと実装基板との熱膨張係数差に起因する外部端子接続部の応力を緩和し、かつリペアーの問題を解決し、かつ封止樹脂を開口させ、開口された部分に外部端子を容易に取り付ける。【解決手段】本発明における半導体装置および本発明における製造方法、および本発明における感光性液状封止樹脂または封止樹脂の開口方法は、半導体チップにあらかじめ封止処理をほどこし、封止面を開口させ、開口された部分に取り付けた外部端子が、金属がめっきされた樹脂からなる芯をもつ外部端子を介して実装基板に実装され、リペアーの問題の解決と、半導体チップと実装基板との熱膨張係数差に起因する応力を緩和する。また、封止樹脂で封止され、且つ開口された部分に外部端子を容易に取り付けることができる低コストな半導体装置を提供する。【選択図】図１
2004080005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが封止樹脂により封止され、その封止樹脂が開口され、開口された部分に取り付けた外部端子が、金属がめっきされた樹脂からなる芯をもつ複数の外部端子を具備する半導体装置。
【請求項２】
半導体装置の製造方法において、感光性樹脂を主体とした液状樹脂からなる封止材でウエハーの配線面を封止し、外部端子を取り付けるための開口部を露光・現像によって、開口させた封止工程を具備する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体装置の製造方法において、外部端子を取り付けるため、開口部を含む封止面に高弾性率をもつ樹脂フィルムを貼り付け、そのフィルム部分において、外部端子を形成するために端子の外周をくりぬき、そのくりぬいた部分を含むフィルム表面全体をメッキし、メタル形成してのち、全体部分のメタル付きフィルムを剥離して、メタル付き外部端子のみを残し外部端子とした外部端子形成工程を具備する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体素子の遮光のための粉末を含有した感光性液状封止樹脂。
【請求項５】
半導体装置の製造方法において、液状樹脂からなる封止材でウエハーの配線面をスクリーン印刷により封止し、外部端子を取り付けるための開口部を同じくスクリーン印刷によって、同時開口させた封止工程を具備する半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体装置の製造方法において、樹脂からなる封止材でウエハーの配線面を封止し、外部端子を取り付けるための開口部をレーザーによって、開口させた封止・開口工程を具備する半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５記載の半導体装置の製造方法において、液状樹脂からなる封止材でウエハーの配線面をスクリーン印刷により封止し、外部端子を取り付けるための開口部を同じくスクリーン印刷によって、同時開口させる場合、開口部分にあらかじめ感光性樹脂によるダム・ランドを設け、この上からスクリーン印刷することによって、この開口部分が液状樹脂によって濡れ広がり、開口部分がふさがれてしまうことを防ぐことを特徴とする。のちにこの感光性樹脂を除去して封止面に開口部を設けた工程を具備する半導体装置の製造方法。
【請求項８】
半導体装置の製造方法において、液状樹脂からなる封止材でウエハーの配線面を封止し且つ開口部を設ける場合、あらかじめ開口部位に感光性樹脂によってダム・ランドを設け、この突起付きウエハーと平板を、突起の方を平板に向けて重ね合わせ、ウエハーと平板との突起の厚み分のギャップ空間に毛細管現象及びバキュームによる気圧差を利用して液状樹脂からなる封止材を充填させ硬化させたのちに平板を剥離し且つダム・ランドを除去して開口部を設けた封止工程を具備する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体ベアチップが実装基板に搭載される場合の半導体装置およびその製造方法とその材料に関し、特に実装基板と半導体チップとの熱膨張係数差に起因する応力の低下と、半導体装置が不良の場合のリペアー性の向上を図った半導体装置およびその製造方法と、封止樹脂が開口され、開口された部分に外部端子を容易に取り付けることができる封止材料と封止
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明の解決すべき課題】従来、半導体ベアチップをそのまま基板に実装する半導体装置では、半導体ベアチップに外部端子として主に半田バンプを形成し、基板に搭載した後、熱リフローさせ、基板と半田バンプとを半田付けしたのちに、アンダーフィルと呼ばれる熱硬化性の封止樹脂を半導体チップと基板との間に流し込み、硬化させて完了させて来た。これにより半導体チップと基板との熱膨張係数差を樹脂によって押さえ込むことで、両者間の応力差による半田バンプのクラックや半田バンプの接合部の剥離の問題を解消してきた。しかしながらこの方法による応力差の押さえ込みには限度があり、約７ｍｍ角以上の大型の半導体チップには適用できないと言う問題が生じていた。また熱硬化性樹脂により半導体チップと基板とを固めてしまっているため、後でリペアー出来ないと言う問題も抱えていた。
【０００３】本発明による半導体装置および本発明による方法により製造された半導体装置では半導体チップにはすでに封止処理が施されていて、ここで言う封止処理が施されたものはスーパーＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）と呼ばれる半導体装置特開平１０−０７９３６２に既に存在するが、封止材料が熱硬化性であり、封止後に開口させることが困難であり、且つ封止厚が厚く、あらかじめ銅ポストと呼ばれるバンプ形成をしたのち、銅ポスト上面まで封止を行い、銅ポスト表面を露出させて外部端子である半田ボールを取り付けると言った処理が必要であった。この銅ポスト形成工程はアディティブ法と呼ばれる工法で形成される。あらかじめウエハーに感光性樹脂を塗布して、銅ポストを形成する部分を露光・現像処理によって開口させ、開口させた部分にメッキ法によって銅ポストを形成する、この後あらかじめウエハーに塗布された感光性樹脂は剥離・除去される、と言った複雑な形成工程と感光性樹脂と言う高価な材料を必要とする。このために半導体装置自体が高価になり普及しないと言う課題を抱えていた。また半導体チップと実装基板との熱膨張係数の違いによる応力を吸収する機構を持たないために、実装搭載チップサイズに制限があり約７ｍｍ角以上の大型の半導体チップには適応できないと言う問題が生じていた。
【０００４】しかし感光性液状封止樹脂を用いることで封止厚が薄く、かつ露光・現像により外部端子を取り付けるための開口部を開けることによって、外部端子を開口部に容易に取り付けることができ、低コスト化を可能にする。かつ封止済みであるためにリペアーすることもできる。
【０００５】また、半導体チップと実装基板との熱膨張係数差に起因して外部端子部に生じる応力に対しては、金属がめっきされた樹脂からなる芯をもつ外部端子を用いて緩和し、かつ大型チップに対しては外部端子の足の長さを長くさせることで、応力による故障に至る頻度は足の長さに反比例することは、既に既知であって、芯である樹脂を簡単に長くでき、応力の低減が可能であり、大型チップへの対応を解決する簡易な半導体装置および製造方法と、封止後に開口させるための感光性液状封止樹脂材料及び開口させるための方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明では半導体チップにあらかじめ封止処理をほどこし、その封止樹脂が開口され、開口された部分に取り付けた外部端子が、金属がめっきされた樹脂からなる芯をもつ複数の外部端子を具備する。この構成により半導体チップと実装基板との熱膨張係数差に応じた応力を緩和することができる。かつ封止済みであるため、容易にリペアーができる。
【０００７】また、本発明では、半導体装置の製造方法において、感光性樹脂を主体とした液状樹脂からなる封止材でウエハーの配線面を封止し、外部端子を取り付けるための開口部を露光・現像によって開口させた封止工程を具備する。この構成により、開口部に容易に外部端子を取り付けることができ、かつウエハー上での一括封止および一括開口処理が可能となる。
【０００８】また、本発明では、半導体装置の製造方法において、外部端子を取り付けるため、開口部を含む封止面に高弾性率をもつ樹脂フィルムを貼り付け、そのフィルム部分において、外部端子を形成するために端子の外周をくりぬき、そのくりぬいた部分を含むフィルム表面全体をめっきし、メタル形成してのち、全体部分のメタル付きフィルムを剥離する。この場合めっきによるメタル厚は数ミクロン・メートル以下にコントロールされ、薄くかつ弱く、前記フィルムを剥離したときにはメタル付き外部端子のみを残して剥離され、この残ったメタル付外部端子を外部端子とする形成工程とを具備する。この構成により、ウエハー上での一括外部端子形成処理と、樹脂フィルム厚を厚くすることで、外部端子の長さを容易に長くすることが可能となる。
【０００９】また、本発明では、半導体素子の遮光のための粉末を含有した感光性液状封止樹脂を具備する。この構成により封止樹脂に露光・現像による開口部形成処理が可能となり、さらにこのことによって、開口部に容易に外部端子を取り付けることができる。
【００１０】また本発明の半導体装置における製造方法では、液状封止樹脂をスクリーン印刷する。このことで封止厚が薄く、かつ液状封止樹脂をスクリーン印刷で塗布すると同時に、外部端子を取り付けるための開口部を、スクリーン印刷で同時形成することによって、前記銅ポストの形成なしで外部端子を開口部の配線層に直接取り付けることができ、銅ポスト形成工程を不用にすることができる。
【００１１】また、本発明では封止面をレーザーによって開口させ開口部を形成することもできる。このことによって、前記銅ポストの形成なしで外部端子を開口部の配線層に直接取り付けることができ、銅ポスト形成工程を不用にすることができる。
【００１２】また、本発明の半導体装置における製造方法では、液状封止樹脂をスクリーン印刷する。このときに外部端子を取り付けるための開口部もスクリーン印刷によって同時形成するのであるが、液状樹脂であるために濡れ広がり開口部をふさぐことを防ぐための感光性樹脂によるダム・ランドを開口部にあらかじめ形成しておきスクリーン印刷する。このことで開口部に液状封止樹脂が濡れ広がらなくなる。のちにこのダム・ランドは除去することで封止面に微細な開口部を形成できる。
【００１３】また、本発明の半導体装置における製造方法では、ウエハーの再配線上で開口部にあたる部分に感光性樹脂によるダム・ランドを設け、これをウエハーと平板で挟み込み、生じたギャップに毛細管現象とバキュームによる気圧差を利用して、簡単に液状封止樹脂を充填させることができる。充填させたあとは充填材を硬化させ、さらにダム・ランドを除去することで封止面に微細な開口部を形成できる。
【００１４】本発明の半導体装置では、すでに封止済みであるため、基板に実装され、問題のあった半導体装置は外部端子と基板とが半田により接合された部分に熱を加えるだけで半田が溶融して簡単にリペアーすることが出来る。
【００１５】また、本発明の半導体装置では、金属がめっきされた高弾性率を持つ樹脂からなる芯をもつ外部端子を具備しており、半導体チップの大きさに応じて外部端子の足の長さを長くすることにより、半導体チップの大きさに比例する応力を十分に緩和することができる。このため大型の半導体チップに対しても十分に適用可能となる。この場合の外部端子の長さは、大型の半導体チップを１５ｍｍ角として、およそ１ｍｍ程度で十分に対応可能なことが算出できるし、実用上はもっと短くて良いかもしれない。
【００１６】また、本発明の半導体装置における製造方法では、複数の外部端子を一括して形成することができるので、生産性も良く、ウエハー工程の延長線上でウエハーごとの一括アッセンブリーで製造できる。
【００１７】また、本発明の感光性液状封止樹脂では、液状であるため薄く封止することができ、かつ露光・現像によって開口することができる。この作用のため開口部に外部端子が、銅ポストなるバンプ形成なしで形成できる。この場合の封止厚であるが０．０１ｍｍから０．１ｍｍ程度が液状樹脂の粘度調整によって制御できるし、この感光性封止樹脂は感光性ポリイミドなどの液状樹脂に、カーボンなどの遮光性粉末を１５％から８５％程度含有させて製造されたものが使用される。また粉末粒径は数ナノから数十ミクロン・メートルの微粉末が使用される。なお遮光性の粉末が含有されていても、封止厚みが薄いので、自然光に比べ光量の多い露光時の光は十分に透過できることにより、露光・現像による処理が可能となる。
【００１８】また、本発明の液状封止樹脂では、液状であるため薄く封止することができ、かつスクリーン印刷によって開口部を同時形成することができる。この作用のため開口部に外部端子を、銅ポストなるバンプ形成なしで取り付けることができる。この場合の封止厚であるが０．０１ｍｍから０．１ｍｍ程度がスクリーン厚の調整によって制御できるし、開口部直径も液状封止樹脂の粘度を制御することで０．０５ｍｍ程度の微小開口部まで形成できる。
【００１９】また、本発明のレーザーによる開口部形成方法では直径０．０１ｍｍ程度の極微小開口部まで形成できる。
【００２０】また、本発明のスクリーン印刷とダム・ランドによる開口部形成方法では切り口の整った開口部が形成できる。この場合のダム・ランドの厚みは１０から６０μｍが最適である。
【００２１】また、本発明のダム・ランドと平板による開口部形成方法では微細な開口部が形成できる。この場合のダム・ランドの厚みは１０から６０μｍが最適である。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１に示すように、本発明による半導体装置が基板に実装される形態においては、半導体装置は封止面３が開口１３され、開口された部分に取り付けた外部端子が、金属５がめっきされた樹脂からなる芯４をもつ複数の外部端子を具備する。
【００２３】本発明による半導体装置を基板に実装する場合、図４のように、半導体装置は金属がめっきされた樹脂からなる芯をもつ外部端子により基板に半田１２を用いて基板に表面実装されるので、半田１２を再溶融させることによって、不良の場合のリペアーもできるし、外部端子の芯に使われた樹脂の弾性力によって、半導体チップと実装基板との熱膨張係数差による応力に対応できることとなる。また感光性封止樹脂によって容易に封止部を開口させることができ、開口部に容易に外部端子を取り付けることができる。
【００２４】以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【００２５】
【実施例１】図１および図２は、本発明の実施例１に関する断面図である。
【００２６】まず、半導体素子および配線層形成済みの半導体ウエハーに、スピンコート法などにより全面に感光性液状封止樹脂を塗布し、露光・現像を行い、外部端子を形成するための開口部を形成し、硬化させて封止処理を完了する。なおあらかじめ配線層２あるいは開口部の配線層２に樹脂フィルムとの粘着性の良いめっきを施すこともできる。
【００２７】その後、高弾性の樹脂フィルム４を封止面全面に貼り付け、もちろんこの樹脂フィルム４には粘着性を持つことは形成上不可欠であって、外部端子となる周辺をレーザー等によってくりぬく。次にくりぬいた部分６を含む樹脂フィルム表面全体を金属めっきし、もちろんこの金属めっき５は何層から形成されても良いがその表面層は半田との濡れ性の良いめっき、あるいは半田がめっきされることが望ましい。次に外部端子となる部分を残して全体のめっき付樹脂フィルムを封止面から剥離する。また樹脂フィルム剥離後の外部端子にさらに半田濡れ性の良いめっきあるいは半田をめっきしてもよい。そうして個々の半導体装置にするためにダイシング８がなされ、形成されたものが図１および図２の半導体装置である。
【００２８】なお、図４は図１の半導体装置が、外部端子面を下向きにして基板に半田を使い表面実装された断面を示す。
【００２９】
【実施例２】次に、図３は第２の実施例である。
【００３０】感光性液状封止樹脂に開口部が形成された部分に、球状樹脂４を芯とする外部端子に半田などの金属５がめっきされ、それを開口部の配線層に対し半田付けしたものである。この場合半田は高融点半田であり、半田などの金属５の下地部には銅・ニッケルなどの他の金属めっきがされていてもかまわない。また、もちろん開口部分の配線層あるいは封止層下の配線層には、半田などとの濡れ性の良い金属や、配線層と半田とのバリアーとしての下地金属がめっきされていても良い。
【００３１】
【実施例３】
【００３２】図５は本発明の第３の製造方法の実施例を示す。液状樹脂からなる封止材でウエハーの配線面をスクリーン印刷により封止し、外部端子を取り付けるための開口部を同じくスクリーン印刷によって、同時開口させた封止工程を具備する。外部端子は開口された部分のむき出しにされた再配線層の金属に直接接続される。この場合再配線層に外部端子の金属との濡れ性の良い他の金属及び半田とのバリアーとしての下地金属が被覆されていても良い。
【００３３】
【実施例４】
【００３４】図６は本発明の第４の製造方法の実施例を示す。樹脂からなる封止材でウエハーの配線面を封止し、外部端子を取り付けるための開口部をレーザーによって、開口させた封止・開口工程を具備する。外部端子は開口された部分のむき出しにされた再配線層の金属に直接接続される。この場合再配線層に外部端子の金属との濡れ性の良い他の金属及び半田とのバリアーとしての下地金属が被覆されていても良い。
【００３５】
【実施例５】
【００３６】図７は本発明の第５の製造方法の実施例を示す。液状樹脂からなる封止材でウエハーの配線面をスクリーン印刷により封止し、外部端子を取り付けるための開口部を同じくスクリーン印刷によって、同時開口させる場合にあらかじめ開口させる部位に感光性樹脂によってダム・ランドを形成しておき、この上からスクリーン印刷を施す。このことによって液状樹脂からなる封止材が開口部分に濡れ広がることを防ぐ役割をする。のちに液状樹脂を硬化したのちケミカル処理によって、この感光性樹脂からなるダム・ランドを除去する。これにより封止樹脂面に開口部を形成させた封止工程が具備される。さらに外部端子は開口された部分のむき出しにされた再配線層の金属に直接接続される。この場合再配線層に外部端子の金属との濡れ性の良い他の金属及び半田とのバリアーとしての下地金属が被覆されていても良い。
【００３７】
【実施例６】
【００３８】図８は本発明の第６の製造方法の実施例を示す。ウエハーの再配線上で開口部にあたる部分に感光性樹脂によるダム・ランドを設け、これをウエハーと平板で挟み込み、生じたギャップに毛細管現象とバキュームによる気圧差を利用して、簡単に液状封止樹脂を充填させることができる。充填させたあとは充填材を硬化させ、そのあと平板を剥離して、さらにダム・ランドをケミカル処理によって除去することで封止面に微細な開口部を形成できる。これにより封止樹脂面に開口部を形成させた封止工程が具備される。さらに外部端子は開口された部分のむき出しにされた再配線層の金属に直接接続される。この場合再配線層に外部端子の金属との濡れ性の良い他の金属及び半田とのバリアーとしての下地金属が被覆されていても良い。
【００３９】
【発明の効果】本発明による半導体装置では、すでに封止済みであるため、基板に実装された問題のあった半導体装置は外部端子と基板とが半田により接合された部分に熱を加えるだけで半田が溶融して簡単にリペアーすることが出来る。
【００４０】また、本発明による半導体装置では、金属がめっきされた高弾性率を持つ樹脂からなる芯をもつ外部端子を具備しており、半導体チップと実装基板との熱膨張係数差に起因する応力を緩和することができ、かつ半導体チップの大きさに応じて外部端子の足の長さを長くすることにより、半導体チップの大きさに比例する応力を十分が緩和することができるため、大型の半導体チップに対しても十分に適用できる。
【００４１】また、本発明の半導体装置における製造方法では、複数の外部端子を一括して形成することができるので、生産性も良く、ウエハー工程の延長線上でウエハーごとの一括アッセンブリーで製造できる。
【００４２】また、本発明の感光性液状封止樹脂では、液状であるため薄く封止することができ、且つ露光・現像の工程によって開口することができる。この作用のため開口部に外部端子が容易に取り付けることができる。
【００４３】また、本発明の半導体装置における製造方法では、封止樹脂を開口させて再配線層に外部端子を取り付けるため、銅ポストなる余分な材料および工程を省くことができ低コスト化への道を開くものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施例の半導体装置を示す断面図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施例の製造工程を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の第２の実施例を示す断面図である。
【図４】図４は本発明の第１の実施例の基板への実装を示す断面図である。
【図５】図５は本発明の第３の実施例の製造方法を示す断面図である。
【図６】図６は本発明の第４の実施例の製造方法を示す断面図である。
【図７】図７は本発明の第５の実施例の製造方法を示す断面図である。
【図８】図８は本発明の第６の実施例の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　　半導体チップ
２　　　再配線層
３　　　封止樹脂（感光性封止樹脂含む）
４　　　　高弾性樹脂
５　　　　金属めっき
６　　　高弾性樹脂のくりぬき部
７　　　高弾性樹脂フィルム
８　　　ダイシング形成部
９　　　半導体ウエハー
１０　　　実装基板
１１　実装基板上の配線ランド
１２　半田
１３　開口部
１４　スクリーン開口部
１５　スクリーンマスク部
１６　液状封止樹脂
１７　スキージー
１８　レーザー光
１９　ダム・ランド
２０　平板
【図１】
2004080005.tif 000003
【図２】
2004080005.tif 000004
【図３】
2004080005.tif 000005
【図４】
2004080005.tif 000006
【図５】
2004080005.tif 000007
【図６】
2004080005.tif 000008
【図７】
2004080005.tif 000009
【図８】
2004080005.tif 000010