(57)【要約】【課題】  半導体装置の配線基板と実装用回路基板との間隔を一定に保って、外部接続電極どうしの短絡や接続不良を防止し、さらには外的衝撃による外部接続電極の破損や欠落を防止する。【解決手段】  配線パターンが形成された配線基板の一方の面に半導体素子を搭載し、前記半導体素子とその配線基板への接続部分を樹脂封止し、前記配線基板の他方の面に前記半導体素子と電気的に接続した複数の凸状電極を形成した半導体装置において、前記配線基板の一方の面上で半導体素子とその接続部分を封止した封止樹脂を他方の面まで延出して、この配線基板の他方の面に実装対象の実装用回路基板との間に所定間隔を形成する樹脂突起を設ける。【選択図】  図１
2005333034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線パターンが形成された配線基板の一方の面に半導体素子を搭載し、前記半導体素子とその配線基板への接続部分を樹脂封止し、前記配線基板の他方の面に前記半導体素子と電気的に接続した複数の凸状電極を形成した半導体装置において、前記配線基板の一方の面上で半導体素子とその接続部分を封止した封止樹脂を他方の面まで延出して、この配線基板の他方の面に実装対象の実装用回路基板との間に所定間隔を形成する樹脂突起を設けた半導体装置。
【請求項２】
凸状電極がボール電極である請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
配線基板の一方の面の樹脂封止部と他方の面の樹脂突起とを前記配線基板に形成された貫通孔を通じて一体に形成した請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
矩形の配線基板の四隅に樹脂突起を形成した請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
樹脂突起が、凸状電極の高さ以上、凸状電極とその実装用回路基板への接合に用いられる半田ペーストとの合計高さ以下の高さを有した請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
配線パターンが形成された配線基板の一方の面に半導体素子を搭載し、前記半導体素子とその配線基板への接続部分を樹脂封止し、前記配線基板の他方の面に前記半導体素子と電気的に接続した複数の凸状電極を形成した半導体装置を製造する際に、前記配線基板の一方の面上で半導体素子とその接続部分を封止する封止樹脂を他方の面まで延出して、この配線基板の他方の面に実装対象の実装用回路基板との間に所定間隔を形成する樹脂突起を設ける半導体装置の製造方法。
【請求項７】
配線基板に形成された貫通孔を通じて封止樹脂を延出して樹脂突起を形成する請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
配線パターンが形成された配線基板の一方の面に半導体素子を搭載し、前記半導体素子とその配線基板への接続部分を樹脂封止し、前記配線基板の他方の面に前記半導体素子と電気的に接続した複数の凸状電極を形成した半導体装置を実装用回路基板に実装する際に、前記配線基板の一方の面上で半導体素子とその接続部分を封止した樹脂封止部と一体に他方の面に形成された樹脂突起により、配線基板と実装用回路基板との間に所定間隔を保持しながら、半導体装置の凸状電極と実装用回路基板の実装用電極とを接合させる半導体装置の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、その製造方法および実装方法に関し、特にエリアアレイ型のパッケージ半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置を図６に示す。図６（ａ）において、半導体装置１は、配線パターンが形成された配線基板２の上面に半導体素子（チップ）３を搭載し、配線基板２の上面の配線パターンの接続端子と半導体素子３の素子電極とをワイヤー４により電気的に接続し、半導体素子３とワイヤー４とを樹脂５で封止し、配線基板２の下面に前記上面の配線パターンと電気的に接続した複数の外部接続電極６を格子状に配置したものであり、エリアアレイ型のパッケージ半導体装置と呼ばれる。そのなかで、図示したように外部接続電極６としてボール電極を設けたものは、ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）型半導体装置と呼ばれる。このような半導体装置１は、図６（ｂ）に示すように、外部接続電極６を実装用回路基板７の表面の実装用ランド８に半田付けすることにより実装している（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２６５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしこの種の半導体装置は、搭載時の過度の加圧や半田溶融時の装置自重による沈み込みで実装用回路基板との間隔が適切に保たれないため、配線基板の一部領域の外部接続電極が潰れすぎ、外部接続電極どうしが短絡したり、逆に配線基板の一部領域の外部接続電極が実装用ランドに対して接続不良になり易い。このため、上述した図６の半導体装置１では、配線基板２の下面側に、外部接続電極６としての半田ボールよりも低い実装高さ固定手段９を配線パターンに接続して設けているが、強度等の点で十分とは言えない。
【０００４】
本発明は上記問題に鑑み、半導体装置の配線基板と実装用回路基板との間隔を一定に保って、外部接続電極どうしの短絡や接続不良を防止し、さらには外的衝撃による外部接続電極の破損や欠落を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、配線パターンが形成された配線基板の一方の面に半導体素子を搭載し、前記半導体素子とその配線基板への接続部分を樹脂封止し、前記配線基板の他方の面に前記半導体素子と電気的に接続した複数の凸状電極を形成した半導体装置において、前記配線基板の一方の面上で半導体素子とその接続部分を封止した封止樹脂を他方の面まで延出して、この配線基板の他方の面に実装対象の実装用回路基板との間に所定間隔を形成する樹脂突起を設けたことを特徴とする。
【０００６】
この半導体装置の構造は凸状電極がボール電極である時に特に有利である。
配線基板の一方の面の樹脂封止部と他方の面の樹脂突起とを前記配線基板に形成された貫通孔を通じて一体に形成した構造が好ましい。
【０００７】
矩形の配線基板の四隅に樹脂突起を形成した構造が好ましい。
樹脂突起が、凸状電極の高さ以上、凸状電極とその実装用回路基板への接合に用いられる半田ペーストとの合計高さ以下の高さを有した構造が好ましい。
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法は、配線パターンが形成された配線基板の一方の面に半導体素子を搭載し、前記半導体素子とその配線基板への接続部分を樹脂封止し、前記配線基板の他方の面に前記半導体素子と電気的に接続した複数の凸状電極を形成した半導体装置を製造する際に、前記配線基板の一方の面で半導体素子とその接続部分を封止する封止樹脂を他方の面まで延出して、この配線基板の他方の面に実装対象の実装用回路基板との間に所定間隔を形成する樹脂突起を設けることを特徴とする。
【０００９】
配線基板に形成された貫通孔を通じて封止樹脂を延出して樹脂突起を形成するのが好ましい。
本発明の半導体装置の実装方法は、配線パターンが形成された配線基板の一方の面に半導体素子を搭載し、前記半導体素子とその配線基板への接続部分を樹脂封止し、前記配線基板の他方の面に前記半導体素子と電気的に接続した複数の凸状電極を形成した半導体装置を実装用回路基板に実装する際に、前記配線基板の一方の面で半導体素子とその接続部分を封止した樹脂封止部と一体に他方の面に形成された樹脂突起により、配線基板と実装用回路基板との間に所定間隔を保持しながら、半導体装置の凸状電極と実装用回路基板の実装用電極とを接合させることを特徴とする。
【００１０】
上記した各構成の半導体装置は、その配線基板に、実装対象の実装用回路基板との間に所定間隔を形成する樹脂突起を樹脂封止時にその封止樹脂を利用して形成しておくもので、形成した樹脂突起によって、実装時における配線基板と実装用回路基板との間隔を一定に保ち、凸状電極が潰れすぎて互いに短絡したり接続不良になるのを防止できるとともに、凸状電極を外的衝撃から保護して破損や欠落を防止できる。よって、実装品質を向上することが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体装置の配線基板に封止樹脂を利用して樹脂突起を形成するようにしたため、この樹脂突起によって、実装時に半導体装置の配線基板と実装用回路基板との間隔を一定に保って、凸状電極の短絡や接続不良を防止できるとともに、凸状電極を外的衝撃から保護して破損や欠落を防止でき、樹脂突起自体の形成も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態における半導体装置の全体構成を示す断面図、図２は同半導体装置の一部拡大断面図である。
【００１３】
半導体装置１は、ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）型のパッケージ半導体装置であり、配線パターンが形成されたインターポーザと呼ばれる配線基板２の上面に半導体素子３を搭載し、配線基板２の上面の配線パターンと半導体素子３の素子電極とをワイヤー４により電気的に接続し、半導体素子３とワイヤー４とを樹脂５で封止し、配線基板２の下面に前記上面の配線パターンと電気的に接続した凸状の外部接続電極６（以下、ボール電極６と言う）を複数個、二次元的に、格子状に配置している。
【００１４】
この半導体装置１が先に図６を用いて説明した従来のものと相違するのは、矩形の配線基板２の下面の四隅に、この配線基板２と実装用回路基板７（後述する図４参照）との間隔を一定に保つための樹脂突起５ａが形成されている点である。樹脂突起５ａはボール電極６と同等高さ、もしくはボール電極６より幾分高く形成されている。
【００１５】
詳細には、配線基板２は有機材料あるいはセラミック材料を基材に用いて、たとえばプリント配線基板として、配線パターンを上面に形成して構成されており、この上面の配線パターンにスルーホールを介して導通する接続端子１０が下面に複数個、形成されている。なお配線基板２は、銅系や鉄系のリードフレームなどであってもよく、この場合はリードフレームの下面に接続端子１０が形成される。
【００１６】
この配線基板２の上面の配線パターンに半導体素子３の少なくとも一つの素子電極がワイヤー４により接続され、配線基板２の下面の各接続端子１０上にボール電極６が形成されていて、半導体素子３とボール電極６とが配線パターンを介して導通されている。
【００１７】
接続端子１０は、配線パターンの所定位置にフラックス処理が施されるか、または下層から順にニッケルメッキと金メッキとが形成されるか、または順にニッケルメッキとパラジウムメッキと金メッキとが形成されるか、または錫とビスマスとの合金メッキが形成されることで設けられる。ボール電極６は、錫と鉛との合金、あるいは錫と亜鉛との合金、あるいは錫と銀と銅との合金により形成される。
【００１８】
上記した半導体装置の製造方法を説明する。
図３（ａ）に示すように、四隅に貫通孔２ａを形成した配線基板２の上面に半導体素子３を素子電極を上向きにして搭載し、半導体素子３の素子電極と基板上面の配線パターンとをワイヤー４により接続させる。
【００１９】
この半導体素子３を搭載した配線基板２を、図３（ｂ）に示すようにモールド金型１１（上型１１ａ，下型１１ｂ）内に配置し、このモールド金型１１内に樹脂５を注入して、半導体素子３とワイヤー４とを含めた基板上面の全体を樹脂５により被覆して上型１１ａに沿った四角錘台形状の樹脂封止部を形成するとともに、樹脂５を配線基板２の四隅の貫通孔２ａを通じて基板下面側に導出して、下型１１ｂに沿った円柱状などの樹脂突起５ａを形成する。
その後に、図３（ｃ）に示すように樹脂５と半導体素子３と配線基板２との一体化物を取り出し、図３（ｄ）に示すように配線基板２の下面の接続端子１０上にボール電極６を形成すると、半導体装置１が完成する。
【００２０】
なおここでは、半導体素子３上面の素子電極と基板上面の配線パターンとをワイヤー４により電気的に接続するワイヤーボンディング法を例示したが、半導体素子３をフェースダウンで搭載し、その下面の素子電極上あるいは基板上面の配線パターン上に予め形成した突起電極を介して電気的接続を行うフリップチップ実装を実施する場合も、同様にして樹脂突起５ａを設けて半導体装置を構成することができる。
【００２１】
上記した半導体装置の実装方法を説明する。
図４（ａ）に示すように、実装用回路基板７の実装用ランド８上にメタルマスク１２を用いて半田ペースト１３を印刷転写する。この時の半田ペースト１３の高さはメタルマスク１２の厚さにより規定され、高さ０．０８ｍｍ〜０．１５ｍｍが好ましい。半田ペースト１３は半田とフラックスとにより構成されるものであるが、実装用途には粒径１５〜６０μｍ程度の半田の使用が好ましい。
【００２２】
次に、図４（ｂ）に示すように、半導体装置１をそのボール電極２が実装用ランド８に対向するように実装用回路基板７上に位置合わせし、搭載する。
次に、この半導体装置１と実装用回路基板７とをリフロー加熱して少なくとも半田ペースト１３（場合によってはボール電極６も）を溶融させ、その後の冷却によって溶融物を凝固させることにより、図４（ｃ）に示すような、ボール電極６と実装用ランド８とが金属接合した半導体装置１の実装体を得る。
【００２３】
以上の実装工程で、半導体装置１の搭載時の加圧や、半田溶融時には半導体装置１の自重によって、半導体装置１の配線基板２と実装用回路基板７との間隔が搭載時よりも小さくなるが、樹脂突起５ａが実装用回路基板７に接触した後は前記間隔を樹脂突起５ａの高さ寸法に保持することができ、半導体装置１がそれ以上に沈み込むことはないため、ボール電極６が大きく変形して互いに短絡したり、逆に接続不良になるのを防止できる。
【００２４】
樹脂突起５ａは、樹脂封止部分の樹脂５と一体構造になっているため、形状的にも非常に安定しており、配線パターン等に接続する上述した従来技術の構造に比べて強度が高い。樹脂突起５ａの形状は、モールド金型１１の形状に依存するので、形状変更も比較的容易である。形状変更は、半導体装置１の取り付け高さを制御する目的で高さを変えたり、あるいは強度向上を目的に大きさ（径）を変えるために必要である。ここに示したように周りに凸状電極としてのボール電極６が形成されている場合には、配置スペースの点で、円柱状が好ましい。上記したように樹脂封止時に同時に樹脂突起５ａを形成するので、配線基板２に別途に取り付ける作業や、実装用回路基板７に予め取り付ける作業は不要であるという利点もある。
【００２５】
また樹脂突起５ａを配線基板２の四隅に配置したため、半導体装置１の取扱い時や実装用回路基板７への搭載後に外的衝撃を受けやすい特に外周部のボール電極６の破損や欠落を低減できる。
【００２６】
樹脂突起５ａは、上記したようにボール電極６と同等高さもしくはそれより幾分高く形成するが、ボール電極６と半田ペースト１３との合計高さ以内に設定する。その理由は、上記したように実装用回路基板７の実装用ランド８上に半田ペースト１３を印刷転写したうえで半導体装置１を搭載する場合には、図５に示したようにボール電極６が半田ペースト１３に接触しさえすれば接続可能であり、そのためには樹脂突起５ａの高さＬ１の上限値をボール電極６の高さＬ２と半田ペースト１３の高さ（塗布厚）Ｌ３とすればよいからである。
樹脂突起５ａの高さＬ１がＬ３よりも低い場合には、ボール電極６が半田ペースト１３に嵌入しつつ溶融して円柱形状となって金属接合されるため、接合面積が大きくなり、接続の強度が向上する。ボール電極６として半田ボールを用いて半田ペースト１３を用いることなく接続する場合も、樹脂突起５ａの高さＬ１がボール電極６の高さＬ２と同等であれば接続可能である。なお、ボール電極６に代えてたとえば円柱状の外部接続電極を形成した場合も、樹脂突起５ａは同様に有効である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、エリアアレイ型のパッケージ半導体装置の高強度化に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態における半導体装置の全体構成を示す断面図
【図２】図１の半導体装置の一部拡大断面図
【図３】図１の半導体装置の製造方法を説明する工程図
【図４】図１の半導体装置の実装方法を説明する工程図
【図５】図１の半導体装置の実装時の間隔保持を説明する一部拡大断面図
【図６】従来の半導体装置の全体構成および実装状態を示す断面図
【符号の説明】
【００２９】
１  半導体装置
２  配線基板
2a  貫通孔
３  半導体素子
５  樹脂
5a  樹脂突起
６  ボール電極
７  実装用回路基板
８  実装用ランド
13  半田ペースト
【図１】
2005333034.tif 000003
【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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