(57)【要約】【課題】半導体ベアチップ実装における、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実装基板に実装されることにより、リペアーの問題の解決と、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直接取り付けることができることにより低コストな半導体装置を提供する。【選択図】図1
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【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、且つ封止樹脂が開口され、開口された部分の封止表面より深い位置のむき出しにされた配線層に金属を溶融させることによって接合され取り付けられた外部端子が複数であるところの外部端子を具備する半導体装置。
【請求項２】
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、感光性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と現像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３】
請求項1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た、封止工程を具備する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項1記載の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５】
請求項1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開口させる場合、開口部分に当る配線層上にあらかじめ感光性樹脂による突起物を設け、この上からスクリーン印刷し、液状樹脂からなる封止材の濡れ広がりを防止させ、のちにこの突起物を除去して封止面を開口させた、封止・開口工程を具備する半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項1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封止し、外部端子を取り付けるための開口部を設ける場合、あらかじめ開口部分に当たる配線層上に感光性樹脂によって突起物を設け、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突起物を除去して開口させた、封止・開口工程を具備する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関し、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、および封止樹脂が開口され、開口された部分のむき出しにされた配線層に外部端子を容易に取り付けることができる封止・開口方法の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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と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を抱えていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明による半導体装置および本発明による製造方法では、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配線層上にしたのち、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。ま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。
【０００４】
しかし本発明の半導体装置および製造方法を用いることで封止厚が薄く、かつ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、外部端子を開口された部分のむき出しにされた配線層に直接取り付けることができ、銅ポストが不用となり低コスト化を可能にする。且つ封止済みであるために実装後容易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外部端子の足の長さを長くさせることで対処できる。これは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、外付けである外部端子は足の長さを簡単に長くでき、応力の低減が可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、且つ封止樹脂が開口され、開口された部分のむき出しにされた配線層に取り付けた外部端子が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外部端子の長さで緩和することができ、かつ封止済みであるため、容易にリペアーができる。また銅ポストが不用であり低コスト化にも対応できる。
【０００７】
また、本発明の半導体装置における製造方法では、感光性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・開口工程を具備する。この場合感光性液状封止樹脂はネガ・ポジどちらでもかまわない。この構成により、開口された部分のむき出しにされた配線層に容易に外部端子を取り付けることができ、且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された部分のむき出しにされた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。
【０００９】
また、本発明の半導体装置における製造方法では、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された部分のむき出しにされた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。
【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が、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させるのであるが、液状樹脂であるために濡れ広がり易い、よって液状樹脂により開口部をふさぐことを防ぐための感光性樹脂による突起物（ダム・ランド）を開口部に当る部分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。のちに封止樹脂の硬化後、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。
【００１１】
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当る部分に感光性樹脂による突起物（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あるいはバキュームによる気圧差、あるいは圧力による押し込みを利用して、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、さらに平板を剥離して、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。
【００１２】
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ている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。
【００１３】
また、本発明の半導体装置では、外付けできる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。
【００１４】
また、本発明の半導体装置における製造方法では、複数の外部端子を外付けで、一括して組み立て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。
【００１５】
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された部分のむき出しにされた配線層に外部端子が、銅ポストなるバンプ形成なしで取り付けできる。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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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100μmが最適である。
【００１９】
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100μmが最適である。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【００２１】
また、本発明による半導体装置では、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熱膨張係数差に起因する応力を十分に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。
【００２２】
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組み立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。
【００２３】
また、本発明の半導体装置における製造方法では、封止樹脂に容易に開口部を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が容易に且つ安価に取り付けることができる。
【００２４】
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配線層に外部端子を直接取り付けるため、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図1に示すように、本発明による半導体装置においては、半導体装置は封止面3が開口6され、開口された部分のむき出しにされた配線層に取り付けた複数の外部端子5を具備する。
【００２６】
本発明による半導体装置を基板に実装する場合、図2のように、半導体装置は外部端子5によって基板に半田12を用いて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、製品不良の場合のリペアーもできるし、外部端子の足の長さを長くすることによって、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。また本発明によって容易に封止部を開口させることができ、開口された部分のむき出しにされた配線層に直接外部端子を取り付けることができる。
【００２７】
以下、本発明の製造方法における実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図3は、本発明の第1の製造方法の実施例を示す。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、外部端子を取り付け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。感光性液状封止樹脂に開口部が形成された部分に、半田ボールからなる外部端子を開口された部分のむき出しにされた配線層に対し半田付けされる。また、もちろん開口された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。
【実施例２】
【００２９】
図4は本発明の第2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配線層の金属に直接接続される。この場合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。
【実施例３】
【００３０】
図5は本発明の第3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配線層の金属に直接接続される。この場合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。
【実施例４】
【００３１】
図6は本発明の第4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突起物（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される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・開口工程が完了される。さらに外部端子は開口された部分のむき出しにされた配線層の金属に直接接続される。この場合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。
【実施例５】
【００３２】
図7は本発明の第5の製造方法の実施例を示す。ウエハーの配線上で開口部にあたる部分に感光性樹脂による突起物（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あるいはバキュームによる気圧差、あるいは圧力による押し込みを利用して、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・開口工程が完了される。さらに外部端子は開口された部分のむき出しにされた配線層の金属に直接接続される。この場合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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図1は本発明の半導体装置を示す断面図である。
【図２】図2は本発明の半導体装置の基板への実装を示す断面図である。
【図３】図3は本発明の第1の製造方法の実施例を示す断面図である。
【図４】図4は本発明の第2の製造方法の実施例を示す断面図である。
【図５】図5は本発明の第3の製造方法の実施例を示す断面図である。
【図６】図6は本発明の第4の製造方法の実施例を示す断面図である。
【図７】図7は本発明の第5の製造方法の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      半導体チップ
２      配線層
３      封止樹脂（感光性封止樹脂含む）
４      半田ボール
５      外部端子
６      開口部
７      露光
８      ダイシングによる個片化される部位を示す
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      透過部
１４      露光マスク
１５      スクリーン開口部
１６      液状封止樹脂
１７      スキージー
１８      レーザー光
１９      突起物（ダム・ランド）
２０      平板
２１      スクリーンマスク部
【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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