(57)【要約】【課題】実装基板との線膨張係数差が大きく異なる半導体キャリアを用いて半導体装置を構成した場合に発生し易い、半導体キャリア上の外部接続端子の剥離や外部端子部分の破壊等の不具合を防止し、半導体装置の二次実装信頼性を向上させる。【解決手段】複数の電極５と前記電極５に接続された配線パターンとを絶縁性基板４の上面に形成し、前記配線パターンと電気的に接続された外部接続端子７を前記絶縁性基板４の下面に形成してなり、前記複数の電極５に接合される複数の突起電極１を有した半導体素子２を搭載し、前記外部接続端子７を介して外部の実装基板１０に接続される半導体キャリア３を、前記絶縁性基板４の下面における少なくとも外部接続端子７の外周部分を被覆して絶縁性基板４と外部接続端子７との間の密着性を高める第１の絶縁性被覆材料１１を配置するとともに、前記絶縁性基板４の上面に、前記第１の絶縁性被覆材料１１によって絶縁性基板４に発生する反りや変形を抑制する第２の絶縁性被覆材料１２を配置する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極と前記電極に接続された配線パターンとを絶縁性基板の上面に形成し、前記配線パターンと電気的に接続された外部接続端子を前記絶縁性基板の下面に形成してなり、前記複数の電極に接合される複数の突起電極を有した半導体素子を搭載し、前記外部接続端子を介して外部の実装基板に接続される半導体キャリアであって、
前記絶縁性基板の下面における少なくとも外部接続端子の外周部分を被覆して絶縁性基板と外部接続端子との間の密着性を高める第１の絶縁性被覆材料を配置するとともに、前記絶縁性基板の上面に、前記第１の絶縁性被覆材料によって絶縁性基板に発生する反りや変形を抑制する第２の絶縁性被覆材料を配置した半導体キャリア。
【請求項２】
第１の絶縁性被覆材料を絶縁性基板のコーナー部に配置した請求項１記載の半導体キャリア。
【請求項３】
請求項１記載の半導体キャリアと、複数の突起電極を有し、前記突起電極おいて前記半導体キャリアに形成された所定の電極に接合された半導体素子と、前記半導体キャリアと半導体素子との隙間および半導体素子の周辺端部を充填し被覆した封止樹脂とにより構成した半導体装置。
【請求項４】
半導体キャリアの外部接続端子上に、実装基板に接続するための突起電極を形成した請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
請求項１記載の半導体キャリアの上面に複数の突起電極を有した半導体素子を搭載する工程と、前記半導体キャリアと半導体素子との隙間に半導体素子の周辺端部から封止樹脂を注入して前記隙間および半導体素子の周辺端部を充填被覆し、硬化させる工程と、前記半導体キャリアの下面の外部接続端子上に導電性材料よりなる突起電極を形成する工程とを行なう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、小型で高密度な実装に対応可能な半導体キャリア、半導体装置、および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報通信機器、事務用電子機器、家庭用電子機器、測定装置、組立ロボット等の産業用電子機器、医療用電子機器、電子玩具等の小型化が進んでおり、これらに搭載する半導体装置も小型化、高密度な実装が要求されている。
【０００３】
従来の半導体装置について、図６（ａ）（ｂ）にそれぞれ上面図、下面図、図７に断面図を示して説明する。図６〜図７において、複数の突起電極１が表面電極上に形成された半導体素子２が、突起電極１の形成面が下になるように半導体キャリア３上に搭載されている。半導体キャリア３は、絶縁性基板４の上面に、半導体素子２の突起電極１と電気的接続される複数の電極５および配線パターン６が形成され、絶縁性基板４の下面に、前記電極５と絶縁性基板４の内部で電気的に接続された外部接続端子７が一定の間隔で格子状に形成されている。半導体素子２と半導体キャリア３との間及び半導体素子２の周辺端部は、半導体素子２の周辺端部から注入された封止樹脂８によって充填被覆されている。外部接続端子７上には、半田ボール９が形成され、半田ペースト等の導電性材料を用いて外部の実装基板１０と電気的及び機械的接続が可能とされている。
【特許文献１】特開平６−２２４２５９号（特許第２８２６０４９号）公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記したような従来の半導体装置では、例えば、半導体キャリア３の絶縁性基板４にセラミック基板等のアルミナ系や窒化アルミナ系の材料からなる絶縁性の単層または多層回路基板を用い、当該半導体装置を実装する実装基板１０に有機材料からなる単層または多層回路基板を用いた場合に、半導体キャリア３と実装基板１０との線膨張係数差が大きく異なることから、半導体キャリア３の外部接続端子７部分に応力が発生し、半導体キャリア３の絶縁性基板４と外部接続端子７との間の剥離や外部接続端子７部分での破壊等の不具合が発生し、二次実装信頼性を大きく低下させることがある。
【０００５】
このような不具合を回避するために、比較的厚い半導体キャリア３（すなわち絶縁性基板４）を用いた場合に、外部接続端子７形成面における外部接続端子７の外周部分をアルミナ系や窒化アルミナ系等の無機材料やレジスト等の有機材料等で被覆することで、絶縁性基板４と外部接続端子７との間の密着性、強度等を強化し、二次実装信頼性を向上することが考えられる。
【０００６】
しかし、このような被覆構造を比較的薄い半導体キャリア３（すなわち絶縁性基板４）に適用すると、外部接続端子７形成面を被覆した被覆材料が大きく影響することがある。たとえば、高い寸法精度が要求される半導体キャリア３にあっては、被覆材料に起因する反りや変形等により寸法精度が悪化し、半導体キャリア３自体の歩留が低下することがある。また半導体キャリア３上に半導体素子２を搭載した際に、半導体素子２と半導体キャリア３の接続部分での接続抵抗値が上昇したり、機械的接続強度の劣化や破壊が発生する確率が高くなり、品質・信頼性を損なう可能性がある。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するもので、半導体装置を構成する半導体キャリアと前記半導体装置を実装する実装基板との線膨張係数差が大きく異なる場合も、半導体キャリアに形成した外部接続端子の剥離や外部端子部分の破壊等の不具合を防止し、二次実装性信頼性を向上させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、複数の電極と前記電極に接続された配線パターンとを絶縁性基板の上面に形成し、前記配線パターンと電気的に接続された外部接続端子を前記絶縁性基板の下面に形成してなり、前記複数の電極に接合される複数の突起電極を有した半導体素子を搭載し、前記外部接続端子を介して外部の実装基板に接続される半導体キャリアにおいて、前記絶縁性基板の下面における少なくとも外部接続端子の外周部分を被覆して絶縁性基板と外部接続端子との間の密着性を高める第１の絶縁性被覆材料を配置するとともに、前記絶縁性基板の上面に、前記第１の絶縁性被覆材料によって絶縁性基板に発生する反りや変形を抑制する第２の絶縁性被覆材料を配置したことを特徴とするものである。
【０００９】
上記構成によれば、第１の絶縁性被覆材料によって絶縁性基板と外部接続端子との間の密着性を高めるようにしたことで、強度等をも強化できるため、この半導体キャリアの絶縁性基板と当該半導体キャリアで構成する半導体装置を実装する実装基板との線膨張係数差が大きく異なる場合に絶縁性基板上の外部接続端子部分に発生する応力に対し、絶縁性基板と外部接続端子との間の剥離や外部端子部分での破壊等の不具合を防止することができ、この半導体キャリアを使用する半導体装置の二次実装信頼性を大きく向上できる。また、絶縁性基板の上面に第２の絶縁性被覆材料をバランスよく配置することで、この第１の絶縁性被覆材料を配置したことによって比較的薄い半導体キャリア（絶縁性基板）で特に起こり易い反りや変形等を抑制するようにしたため、半導体キャリアの寸法精度の悪化を防止することができ、この半導体キャリア自体の歩留の向上、及び半導体素子との接続性を安定化することが可能になる。よって、高い品質・信頼性の半導体装置を実現することが可能となる。ただし、絶縁性基板の上面の第２の絶縁性被覆材料は、半導体素子との接続部に影響がない適切な箇所に配置する。
【００１０】
第１の絶縁性被覆材料は絶縁性基板のコーナー部に配置するのが望ましい。応力が集中しやすいコーナー部を重点的に被覆することで、二次実装性信頼性をさらに大きく向上できるとともに、比較的薄い絶縁性基板に対しても被覆量が少なくて済み、最適な被覆箇所が選択できる。よってこの半導体キャリアを使用して、より生産性の高い半導体装置を実現可能となる。
【００１１】
本発明の半導体装置は、上記した半導体キャリアと、複数の突起電極を有し、前記突起電極おいて前記半導体キャリアに形成された所定の電極に接合された半導体素子と、前記半導体キャリアと半導体素子との隙間および半導体素子の周辺端部を充填し被覆した封止樹脂とにより構成したことを特徴とする。
【００１２】
半導体キャリアの外部接続端子上に、実装基板に接続するための突起電極を形成しておいてもよい。
本発明の半導体装置の製造方法は、上記した半導体キャリアの上面に複数の突起電極を有した半導体素子を搭載する工程と、前記半導体キャリアと半導体素子との隙間に半導体素子の周辺端部から封止樹脂を注入して、前記隙間および半導体素子の周辺端部を充填被覆し、硬化させる工程と、前記半導体キャリアの下面の外部接続端子上に導電性材料よりなる突起電極を形成する工程とを行なうことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１の絶縁性被覆材料によって絶縁性基板と外部接続端子との間の密着性を高めるようにしたことで、強度等をも強化できるため、この半導体キャリアの絶縁性基板と当該半導体キャリアで構成する半導体装置を実装する実装基板との線膨張係数差が大きく異なる場合も、半導体キャリアと外部接続端子との剥離や外部端子部分での破壊等の不具合を防止することができ、二次実装信頼性を大きく向上できる。また、絶縁性基板の上面に第２の絶縁性被覆材料をバランスよく配置することで、第１の絶縁性被覆材料による影響を緩和して、比較的薄い半導体キャリア（絶縁性基板）で特に起こり易い反りや変形を抑制するようにしたため、半導体キャリアの寸法精度の悪化を防止することができ、この半導体キャリア自体の歩留の向上、及び半導体素子との接続性を安定化することが可能になる。よって、高い品質・信頼性の半導体装置を実現することが可能となる。
【００１４】
（２）応力が集中しやすい半導体キャリア（絶縁性基板）のコーナー部分に重点的に被覆材料を配置することで、二次実装信頼性をより向上できると伴に、比較的薄い半導体キャリアにおいて、素子搭載面上の被覆量が少なくて済み、最適な被覆箇所が選択できるため、より生産性の高い半導体装置を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１実施形態における半導体装置の（ａ）上面図および（ｂ）下面図であり、図２は同半導体装置の図１におけるＡ−Ａ’断面図である。この第１実施形態の半導体装置は先に図６および図７を用いて説明した従来の半導体装置と同様の構成を有しているので、従来のものと同様の作用を有する部材に図６および図７と同じ符号を付す。
【００１６】
図１および図２に示すように、この第１実施形態の半導体装置は、複数の電極５と前記電極５に接続された配線パターン（図６参照）とを絶縁性基板４の上面に有し、前記配線パターンと電気的に接続された外部接続端子７が前記絶縁性基板４の下面に格子状に形成された半導体キャリア３と、複数の突起電極１を有し、前記突起電極１において半導体キャリア３の複数の電極５に接合され半導体キャリア３上に搭載された半導体素子２と、前記半導体キャリア３と半導体素子２との隙間および半導体素子２の周辺端部を充填および被覆した封止樹脂８と、前記半導体キャリア３の外部接続端子７上に形成された導電性材料としての半田ボール９とにより構成されており、この半田ボール９を介して外部の実装基板１０に接続される。絶縁性基板４としては、セラッミク基板等のアルミナ系や窒化アルミナ系からなる絶縁性の単層または多層回路基板が用いられる。
【００１７】
この半導体装置が従来のものと相違するのは、半導体キャリア３の絶縁性基板４の下面に、外部接続端子７の外周部分（絶縁性基板４との境界部分）を少なくとも被覆するように、ここでは絶縁性基板４の下面の全体を被覆するように、外部接続端子７と絶縁性基板４との間の密着性を高めるための第１の絶縁性被覆材料１１が配置されるとともに、絶縁性基板４の上面に、第１の絶縁性被覆材料１１によって絶縁性基板４に発生する反りや変形を抑制する第２の絶縁性被覆材料１２が配置されている点である。この第２の絶縁性被覆材料１２の位置は、半導体素子２との接続に影響がない位置であり、電極５どうしの間であって絶縁性基板４の中央部や、電極５の外端部を覆うように絶縁性基板４の周縁部に配されている。そしてこの絶縁性基板４の周縁部の第２の絶縁性被覆材料１２の内端部まで封止樹脂８が被覆している。
【００１８】
第１の絶縁性被覆材料１１と第２の絶縁性被覆材料１２は同一であってもよいし、異なっていてもよく、表裏面の収縮率が同一になるような材料であれば問題なく使用できる。アルミナ系や窒化アルミナ系等の無機材料やレジスト等の有機材料などを好適に使用できるが、無機材料は半導体キャリアが無機であるためなじみやすく、有機材料は塗布しやすという利点がある。被覆方法としては、シート状の被覆材料を積層することができる。たとえば薄いシート材料として、積層し、焼き固めるのである。またペースト状の被覆材料をスクリーン印刷やディスペンス方式で塗布する等も可能である。たとえば無機材料を溶剤でペースト状にして薄く塗布する。
【００１９】
第１の絶縁性被覆材料１１を配置しておくことで、絶縁性基板４と実装基板１０との線膨張係数差が大きく異なる場合も、絶縁性基板４と外部接続端子７との間の剥離や外部接続端子７部分での破壊等の不具合を防止することができ、二次実装信頼性を大きく向上できる。また第２の絶縁性被覆材料１２を配置しておくことで、第１の絶縁性被覆材料１１による影響を緩和して、半導体キャリア３の寸法精度の悪化を防止することができ、この半導体キャリア３自体の歩留の向上、及び半導体素子２との接続性を安定化することが可能になる。よって、高い品質・信頼性の半導体装置を実現することが可能となる。
【００２０】
なお、半導体素子２のチップ面を半導体キャリア３側に向けて搭載し、その間に封止樹脂８を充填したことで、半導体素子２の集積回路部を保護し、電気的接続を安定に確保した構造となっている。また外部装置と接続するための外部接続端子７を格子状に配置したことで、小型で高密度な実装の要求に対応可能な半導体装置となっている。情報通信機器、事務用電子機器、家庭用電子機器、測定装置、組立ロボット等の産業用電子機器、医療用電子機器、電子玩具等の小型化を容易にするものである。
【００２１】
上記半導体装置の製造方法は次の通りである。
半導体素子２は、既知の方法によって予め突起電極１を形成したものを用いることができる。たとえば図３（ａ）に示すように、ワイヤーボンディング法（ボールボンディング法）を用いて、半導体素子２のアルミニウム電極２ａ上に突起電極１となるＡｕバンプ１ａ（Ａｕ二段突起）などの金属バンプを形成する。Ａｕバンプ１ａの形成時には、キャピラリー１３のＡｕワイヤーの先端に形成したボールをアルミニウム電極２ａに熱圧接させて二段突起の下段部を形成し、次いでキャピラリー１３を移動させてＡｕワイヤーループを形成して二段突起の上段部を形成する。この状態では、複数のＡｕバンプ１ａの高さは均一でなく頂部の平坦性にも欠けているので、Ａｕバンプ１ａを加圧することにより、高さの均一化ならびに頭頂部の平坦化、いわゆるレベリングを行う。これにより、円柱を２段に積層したような形状の突起電極１が形成される。
【００２２】
このような突起電極１を形成した半導体素子２を半導体キャリア３上に搭載する。そのために、回転している円盤上にドクターブレード法を用いて適当な厚みに導電性接着剤を塗布する。そしてこの円盤上の導電性接着剤に突起電極１を押し当て、引き上げる方法、いわゆる転写法によって、図３（ｂ）に示すように、突起電極１に導電性接着剤１４を供給する。導電性接着剤１４としては、信頼性、熱応力などを考慮して、例えばバインダーとしてエポキシレジンを含有し、導体フィラーとしてＡｇ−Ｐｄ合金を含有した接着剤を用いる。
【００２３】
次に、図３（ｃ）に示すように、半導体素子２の表面を下にして実装するフリップチップ方式により、導電性接着剤１４を塗布した突起電極１を半導体キャリア３上の電極５に対して位置精度よく合わせ、導電性接着剤１４を所定の温度で熱硬化させる。このような接合によって、半導体キャリア３と半導体素子２との間での電気的及び機械的接続を確保できる。
【００２４】
次に、図３（ｄ）に示すように、半導体キャリア３と半導体素子２との隙間および半導体素子２の周辺端部を封止樹脂８で充填および被覆し、この封止樹脂８を一定の温度にて硬化させる樹脂モールドを行なう。
【００２５】
その際には、半導体キャリア３と半導体素子２との隙間に充填する封止樹脂８は、半導体素子２の周辺端部から、注入ノズルを用いて一方向から注入する。また、半導体素子２の周辺端部を被覆する封止樹脂８の傾斜面と半導体キャリア３の水平面とが６０度以下の角度をなすように供給する。そして供給終了後に、全体をオーブン中で加熱して封止樹脂８を硬化させる。封止樹脂８には、低粘度のエポキシ系樹脂などの液状封止樹脂を使用することができる。エポキシ系樹脂に高熱伝導セラミックである窒化アルミニウム（ＡｌＮ）もしくは窒化珪素（ＳｉＣ）等をフィラーとして添加したものを好適に使用できる。
【００２６】
次に、図３（ｅ）に示すように、外部接続端子７上にＳｎ−ＰｂやＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ等の導電性材料よりなる外部接続用突起電極、ここでは半田ボール９を搭載し、リフロー等の高温状態に曝すことで、外部接続端子７との電気的・機械的接続を形成する。半田ボール９などの外部接続用突起電極の搭載は、外部接続端子７が狭ピッチ化した時に二次実装信頼性の悪化を抑えるために必要になるが、実装に際してＳｎ−ＰｂやＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ等の半田材料を用いた半田ペーストを供給するようにしてもよい。
【００２７】
以上のようにして、半導体装置の製造が完了する。
図４は本発明の第２実施形態における半導体装置の（ａ）上面図および（ｂ）下面図であり、図５は同半導体装置の図４におけるＢ−Ｂ’断面図である。
【００２８】
この第２実施形態の半導体装置が第１実施形態の半導体装置と相違するのは、外部接続端子７の外周部分を被覆する第１の絶縁性被覆材料１１が絶縁性基板４の下面の４つのコーナー部分４ａに重点的に配置されている点である。図示した例ではその他の領域には配置されていない。
【００２９】
このことにより、応力が集中しやすい半導体キャリア３（絶縁性基板４）において、二次実装信頼性を向上できるとともに、比較的薄い半導体キャリア３（絶縁性基板４）において、絶縁性基板４の上面を被覆する第２の絶縁性被覆材料１２の被覆量が少なくて済む。
【００３０】
よって、最適な被覆箇所を選択することが可能になり、より生産性の高い半導体装置を実現可能となる。またこのように最適な被覆箇所が選択可能なことから、絶縁性基板４の上面で半導体素子２外に露出した配線パターン（図６参照）を被覆することが可能となり、配線パターンの露出エリアを低減して、結露や人体接触等の影響による配線パターンの腐食を防止し、配線パターン間でのマイグレーションの発生等の不具合を防止することも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の半導体キャリアおよび半導体装置は、薄型の半導体キャリアとした場合も二次実装信頼性や半導体素子との接続性を向上できるため、より薄型で実装信頼性が必要な情報通信機器等に用いる半導体装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態１における半導体装置の（ａ）上面図および（ｂ）下面図
【図２】図１の半導体装置の断面図
【図３】図１の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図
【図４】本発明の実施形態２における半導体装置の（ａ）上面図および（ｂ）下面図
【図５】図４の半導体装置の断面図
【図６】従来の半導体装置の（ａ）上面図および（ｂ）下面図
【図７】図６の半導体装置の断面図
【符号の説明】
【００３３】
１  突起電極
２  半導体素子
３  半導体キャリア
４  絶縁性基板
５  電極
７  外部接続端子
８  封止樹脂
９  半田ボール
10  実装基板
11  第１の絶縁性被覆材料
12  第２の絶縁性被覆材料
【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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