(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の周辺部に複数のランドが形成された基板と、前記基板の表面の中央部に形成されたモールド樹脂を含む下パッケージと、
表面に複数の端子が形成された上パッケージと、を備えており、
前記上パッケージは、前記上パッケージの複数の端子と前記下パッケージの複数のランドとが導電材料を介して対向接続して前記下パッケージの上に積層されており、
前記基板の前記表面の周辺部であって前記複数のランドが形成されていない領域に、前記下パッケージを構成するモールド樹脂と同じ材料からなる樹脂層が形成されており、
前記樹脂層は、前記モールド樹脂の外周から前記基板の外周まで延在するように放射状に形成され、さらに前記基板の外周に沿って形成されている半導体装置。
【請求項２】
前記下パッケージの前記モールド樹脂は平面視四角形を有しており、
前記樹脂層は、前記四角形の各コーナーから外周に向けて放射状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
基板の表面の周辺部に複数のランドを形成し、前記基板の表面の中央部に機能素子を設置する工程と、
前記基板の表面にモールド樹脂を導入し、前記中央部に設置した機能素子を密封するとともに、前記周辺部の前記ランドが形成されていない領域に樹脂層を形成して下パッケージを構成する工程と、
表面に複数の電極端子が形成された上パッケージを前記基板の前記モールド樹脂側の表面に載置して、前記複数の電極端子と前記複数のランドとを接続する工程と、を備え、
前記樹脂層は、前記モールド樹脂の外周から前記基板の外周まで延在するように放射状に形成されるとともに前記基板の外周に沿って形成され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、半導体チップ等を内蔵するパッケージが多層に積層された構造体からなる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体チップ等を内蔵するパッケージの高密度実装化が進み、パッケージの実装構造が複雑になってきている。そのなかで、パッケージを多層に積み重ねたパッケージオンパッケージ（Ｐａｃｋａｇｅ  ｏｎ  Ｐａｃｋａｇｅ、以下ＰｏＰという）構造の半導体装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図６は、ＰｏＰ構造の半導体装置５０の説明図である。図６（ａ）は、半導体装置５０の模式的な分解斜視図であり、図６（ｂ）は、その模式的な縦断面図である。図６に示すように、ＰｏＰ構造の半導体装置５０は、下パッケージ５１とその上に積層される上パッケージ５２から構成されている。下パッケージ５１は、絶縁基板５３とその表面に形成された下モールド樹脂５５から構成されている。下モールド樹脂５５は絶縁基板５３の中央部に形成されている。絶縁基板５３の表面周辺部には、電極としての多数のランド５４が形成されている。上パッケージ５２は、上モールド樹脂５６からなり、その表面には多数の電極端子５７ａが形成されている。上パッケージ５２の内部には、たとえばメモリー素子が形成された半導体チップが封入されている。下パッケージ５１の多数のランド５４と上パッケージ５２の多数の電極端子５７ａとは対向し、導電材料５８を介在して電気的に接続し、かつ、接着されている。つまり、導電材料５８は、導電体として機能するとともに、下パッケージ５１と上パッケージ５２とを固定する接着剤として機能している。
【０００４】
下モールド樹脂５５の内部には、半導体チップ５９と、半導体チップ５９上の電極と絶縁基板５３上の電極とを結線するワイヤー６０とを密封している。下モールド樹脂５５は、絶縁基板５３上に半導体チップ５９を固定し、金線等からなるワイヤー６０をワイヤーボンディングにより接続し、その周囲にモールド樹脂を流し込んで形成される。絶縁基板５３の裏面には、多数の電極端子５７ｂが形成されている。電極端子５７ｂは、その下部に設置されるマザー基板と接続し、絶縁基板５３を固定する。このように、ＰｏＰ構造においては複数のパッケージ及び基板を積層して高密度実装化が図られている。
【特許文献１】特開２００４−２８１９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
下パッケージ５１の下モールド樹脂５５は、絶縁基板５３の外形よりも小さい。そのために、下モールド樹脂５５と絶縁基板５３との間に収縮力の差が生じて、絶縁基板５３に反りが発生する。
【０００６】
図７は、絶縁基板５３の反りによる接合不良を説明するための説明図である。図７（ａ）は、図６に示した半導体装置５０の部分断面図である。図７（ａ）に示すように、絶縁基板５３の周辺部が下方に反ると、絶縁基板５３に形成したランド５４と上モールド樹脂５６上の電極端子５７ａとの間に挿入した導電材料５８ａに接合不良が生じる。図７（ｂ）は、絶縁基板５３の裏面側にマザー基板６２を設置した状態の模式的な部分断面図である。マザー基板６２の表面に形成した電極端子５７ｃと絶縁基板５３の裏面に形成した電極端子５７ｂとを導電材料５８ｂを介して電気的に接続して固定している。絶縁基板５３の周辺部が下方に反ることにより、絶縁基板５３上の電極端子５７ｂとマザー基板６２上の電極端子５７ｃとの間に接合不良が発生する。
【０００７】
一旦接合不良が発生すると修復することは困難になる。接合部は外部から観察することができない。また、下パッケージ５１と上パッケージ５２とを分離するためには、下パッケージ５１の多数のランド５４と上パッケージ５２の多数の電極端子５７ａを分離しなければならない。同様に、下パッケージ５１の多数の電極端子５７ｂとマザー基板６２の多数の電極端子５７ｃとを分離しなければならない。そして、分離した後に、全端子を、電極材料を介在して接続固定しなければならない。そのために、修復作業は煩雑であり、困難となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために以下の手段を講じた。
【０００９】
請求項１の発明においては、表面の周辺部に複数のランドが形成された基板と、前記基板の表面の中央部に形成されたモールド樹脂を含む下パッケージと、表面に複数の端子が形成された上パッケージと、を備えており、前記上パッケージは、前記上パッケージの複数の端子と前記下パッケージの複数のランドとが導電材料を介して対向接続して前記下パッケージの上に積層されており、前記基板の前記表面の周辺部であって前記複数のランドが形成されていない領域に、前記下パッケージを構成するモールド樹脂と同じ材料からなる樹脂層が形成されており、前記樹脂層は、前記モールド樹脂の外周から前記基板の外周まで延在するように放射状に形成され、さらに前記基板の外周に沿って形成されている半導体装置とした。
【００１０】
請求項２の発明においては、前記下パッケージの前記モールド樹脂は平面視四角形を有しており、前記樹脂層は、前記四角形の各コーナーから外周に向けて放射状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置とした。
【００１２】
請求項３の発明においては、基板の表面の周辺部に複数のランドを形成し、前記基板の表面の中央部に機能素子を設置する工程と、前記基板の表面にモールド樹脂を導入し、前記中央部に設置した機能素子を密封するとともに、前記周辺部の前記ランドが形成されていない領域に樹脂層を形成して下パッケージを構成する工程と、表面に複数の電極端子が形成された上パッケージを前記基板の前記モールド樹脂側の表面に載置して、前記複数の電極端子と前記複数のランドとを接続する工程と、を備え、前記樹脂層は、前記モールド樹脂の外周から前記基板の外周まで延在するように放射状に形成されるとともに前記基板の外周に沿って形成される半導体装置の製造方法とした。
【発明の効果】
【００１３】
上パッケージと下パッケージを積層して接続する多層構造の半導体装置において、下パッケージを構成する基板の表面の周辺部であって複数のランドが形成されていない領域に、下パッケージを構成するモールド樹脂と同じ材料からなる樹脂層を形成した。これにより、下パッケージの反りの発生を低減して、下パッケージのランドと上パッケージの電極端子との間の電気的接続不良の発生を防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について図面を用いて具体的に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置１を説明するための説明図である。図１（ａ）は、半導体装置１の模式的な分解斜視図であり、図１（ｂ）は、部分ＸＸの模式的な縦断面図である。
【００１６】
半導体装置１は、下パッケージ２と上パッケージ３を備えている。下パッケージ２は、表面の周辺部に形成した多数のランド５を備える基板４と、基板４の中央部に形成したモールド樹脂６と、基板４の表面の周辺部であってランド５が形成されていない領域に形成した樹脂層１０を備えている。モールド樹脂６と樹脂層１０とは同一の材料により形成されている。上パッケージ３は、パッケージ本体７と、その表面に形成される多数の電極端子８と、電極端子８の上に設置された導電材料９を備えている。上パッケージ３は、上パッケージ３の複数の電極端子８と下パッケージ２の複数のランド５とが導電材料９を介して対向して接続されている。つまり、下パッケージ２と上パッケージ３とは、導電材料９により固定され、かつ、電気的に導通している。
【００１７】
この様に、下パッケージ２の周辺部の表面に樹脂層１０を形成することにより、モールド樹脂６と基板４との間の収縮率の差を縮小させ、基板４の反りを低減させることができ、ランド５と電極端子８間の導通不良を防止することができる。
【００１８】
より具体的に説明する。基板４は、例えばポリイミド樹脂、ガラス繊維を混入したエポキシ樹脂等が使用される。基板４の表面には導体からなるランド５や、図示しない配線等が形成されている。基板４は、単層基板であっても多層基板であってもよい。基板４の表面の中央部には図示しない半導体チップ等からなる機能素子が設置されている。基板４の表面に形成した電極と例えば半導体チップとは、金線等からなるワイヤーにより接続されている。半導体チップ及びワイヤーはモールド樹脂６により密封され、外部からの汚染物質や腐食物質の混入を防止する。
【００１９】
基板４の裏面には、外部端子１１が形成されている。外部端子１１の上には、半田ボール、金バンプ等からなる導電材料１２が設置されている。外部端子１１は、図示しないマザー基板上の電極端子と導電材料１２を介して電気的に導通し、かつ、下パッケージ２とマザー基板とを固定する機能を有している。
【００２０】
上パッケージ３は、例えば半導体記憶素子などが形成された半導体チップを内在して封入している。上パッケージ３のパッケージ本体７の表面には、金属電極等からなる多数の電極端子８が形成されている。各電極端子８の表面には、半田ボール、金バンプ半田材等からなる導電材料９が設置されている。基板４の外周部に形成される多数のランド５は、金属電極、例えばＮｉやＡｕからなる。上パッケージ３と下パッケージ２とは電極端子８、導電材料９及びランド５により電気的に接続されている。従って、上パッケージ３の電極端子８は、基板４上の半導体チップや外部端子１１に電気的に接続されている。なお、ランド５というときは、上パッケージ３の電極端子８に導電材料９を介して電気的に接続している電極端子をいうものとする。従って、樹脂層１０の下部に形成され、上パッケージ３の電極端子８に電気的に接続しない基板４上の電極端子は、ここでいうランド５に該当しないものとする。
【００２１】
モールド樹脂６は、基板４の表面であって基板４の外周に接しない領域に形成されている。ランド５は、モールド樹脂６の外周より平面視外側であって基板４の外周との間の領域に形成されている。つまり、中央部とは、半導体チップ等からなる機能素子がモールド樹脂６により封止されている領域をいう。周辺部とは、このモールド樹脂６の外側であって基板４の外周までの領域をいう。図２においては、平面視略四角形のモールド樹脂６が形成されている領域が中央部であり、モールド樹脂６の略四角形の外周から基板４の外周までの領域が周辺部である。なお、モールド樹脂６は、四角形に限定されず、円形や楕円形であっても、また、四角形以上の多角形であっても良い。
【００２２】
樹脂層１０は、モールド樹脂６の各コーナーから四角形の基板４の各コーナーに向けて、モールド樹脂６とほぼ同じ厚さで延在している。樹脂層１０は、ランド５が形成されていない領域に形成されている。樹脂層１０のこの構成により、基板４の外周部の反りが抑制される。なお、樹脂層１０は、モールド樹脂６の各コーナーから基板４の対応する各コーナーに連続的に形成することに代えて、モールド樹脂６と不連続的に形成してもよいし、モールド樹脂６の四角形の各辺から基板４の四角形の対応する各辺に向けて形成してもよい。この場合も、ランド５を樹脂層１０が形成されていない外周部の表面に形成する。また、樹脂層１０は、モールド樹脂６と厚さを異にすることができる。例えば、樹脂層１０をモールド樹脂６よりも厚く形成してもよいし、薄く形成してもよい。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態に係る半導体装置１を構成する下パッケージ２の模式的な上面図である。本実施形態の下パッケージ２は、図２において示した下パッケージ２とランド５の数が異なる以外は同じである。
【００２４】
図２に示すように、基板４の中央部には略四角形状のモールド樹脂６が形成され、基板４の周辺部には多数のランド５が形成されている。また、基板４の周辺部であってランド５が形成されていない領域に樹脂層１０ａが形成されている。樹脂層１０ａは、モールド樹脂６の各コーナーから延在するようにして基板４の対応する各コーナーまで形成されている。樹脂層１０ａとモールド樹脂６とは同じ材料を用いて同時に形成した。
【００２５】
これにより、樹脂層１０ａは製造工程を増加させることなく形成することができる。また、最も反りの大きい４コーナー方向に樹脂層１０ａを形成したことにより、基板４の反りを低減し、ランド５と上パッケージ３の電極端子８との間の接続不良の発生を防止することができる。また、樹脂層１０ａを４コーナー方向に形成したので、ランド５を形成する面積の減少を最小限に留めることができる。また、基板４の下部にマザー基板を設置して、基板４の下部に設けた外部端子１１とマザー基板の表面に設けた端子とを表面実装により接続固定した場合に、基板４の反りが低減するので、外部端子１１とマザー基板の端子間の接続不良を防止することができる。
【００２６】
図３は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置１を構成する下パッケージ２の模式的な上面図である。基板４の中央部には略四角形状のモールド樹脂６が形成され、基板４の周辺部には多数のランド５が形成されている。樹脂層１０ｂは、基板４の周辺部であってランド５が形成されていない外周に沿って形成されている。樹脂層１０ｂは、モールド樹脂６と同じ材料を用いて同時に形成しており、モールド樹脂６とほぼ同じ厚さを有している。
【００２７】
これにより、樹脂層１０ｂは、製造工程を増加させることなく形成することができるとともに、基板４の反りが抑制され、ランド５と上パッケージ３の電極端子８との間の接続不良の発生を防止することができる。また、基板４の外周部に樹脂層１０ｂを形成したので、上パッケージ３やマザー基板を基板４に表面実装する際の位置合わせガイドとして樹脂層１０ｂを利用することができる。また、基板４の下部にマザー基板を設置して、基板４の下部に設けた外部端子１１とマザー基板の表面に設けた端子とを半田ボール等の導電材料を用いて接続固定した場合においても、基板４の反りが低減するので、接続不良の発生を防止することができる。
【００２８】
図４は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置１を構成する下パッケージ２の模式的な上面図である。本実施形態においては、図２に示した樹脂層１０ａと図３に示した樹脂層１０ｂとを下パッケージ２に形成した例である。
【００２９】
図４に示すように、基板４の中央部には略四角形状のモールド樹脂６が形成され、基板４の周辺部には多数のランド５が形成されている。基板４の周辺部であってランド５が形成されていない領域には樹脂層１０ａ、１０ｂが形成されている。具体的には、樹脂層１０ａは、モールド樹脂６の各コーナーから延在するようにして基板４の対応する各コーナーまで形成されている。樹脂層１０ｂは、基板４の周辺部であってランド５が形成されていない外周に沿って形成されている。樹脂層１０ａ、１０ｂは、モールド樹脂６の形成と同時に形成しており、モールド樹脂６とほぼ同じ材質でほぼ同じ厚さを有している。
【００３０】
これにより、樹脂層１０ａ、１０ｂは製造工程を増加させることなく形成することができる。また、最も反りの大きい４コーナー方向に樹脂層１０ａを形成したことにより、基板４の反りを低減し、ランド５と上パッケージ３の電極端子８との間の接続不良の発生を効果的に防止することができる。また、基板４の下部にマザー基板を設置して、基板４の下部に設けた外部端子１１とマザー基板の表面に設けた端子とを表面実装により接続固定した場合においても、基板４の反りが低減することにより、接続不良の発生を防止することができる。また、基板４の外周部に樹脂層１０ｂを形成したので、上パッケージ３やマザー基板を基板４に表面実装する際の位置合わせガイドとして樹脂層１０ｂを利用することができる。
【００３１】
図５は、本発明の実施形態に係る半導体装置１の製造方法を半導体装置１の断面図により表した説明図である。図５に示す断面は、図２の部分ＹＹの断面に対応する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００３２】
本発明の半導体装置１の製造方法は、次の工程を備えている。まず、基板４の表面の周辺部に複数のランド５を形成し、基板４の表面の中央部に機能素子を設置する。次に、基板４の表面にモールド樹脂を導入し、基板４の中央部に設置した機能素子を密封し、更に、基板４の表面の周辺部であってランド５が形成されていない領域に樹脂層１０を形成して下パッケージ２を構成する。次に、表面に複数の電極端子８を形成した上パッケージ３を準備して基板４のランド５が形成された表面に載置し、複数の電極端子８と複数のランド５とを接続する。以下、図５を用いて具体的に説明する。
【００３３】
図５（ａ）は、基板４の表面にランド５を形成した状態を表す模式的な断面図である。ポリイミド樹脂等の絶縁物からなる基板４の表面にＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ等のいずれか又は多層からなる導体薄膜を形成する。次に、フォトエッチングプロセスにより、導体薄膜をパターニングして、ランド５を形成する。
【００３４】
図５（ｂ）は、基板４の表面の中央部に機能素子としての半導体チップ１３を形成した状態を表す模式的な断面図である。半導体チップ１３を基板４の中央部に固定し、半導体チップ１３の図示しない電極と基板４の表面に形成した図示しない電極とを、金の細線からなるワイヤー１４により接続する。
【００３５】
図５（ｃ）は、基板４の表面にモールド樹脂６及び樹脂層１０を形成した状態を表す模式的な断面図である。モールド樹脂６及び樹脂層１０は、基板４上に型を設置して、モールド材を流し込んで同時に形成する。従って、樹脂層１０の形成には新たな工程を必要としない。
【００３６】
図５（ｄ）は、上パッケージ３を用意して、基板４の上に載置する前の状態を表す模式的な断面図である。上パッケージ３の下側表面には、複数の電極端子８が形成されている。複数の電極端子８は、下パッケージ２の外周部に形成した多数のランド５と対応するように形成されている。電極端子８の上には半田ボールからなる導電材料９を印刷やディスペンサー等により設置する。
【００３７】
図５（ｅ）は、上パッケージ３を下パッケージ２の上に固定した状態を表す模式的な断面図である。上パッケージ３を下パッケージ２の上に載置し、加熱処理を施して半田ボールを軟化させ、多数の電極端子８と多数のランド５を電気的に及び機械的に同時に接続する。
【００３８】
基板４の外周部に樹脂層１０を形成したことにより基板４が反り難くなり、上パッケージ３上の電極端子８と、下パッケージ２の基板４上のランド５との間の接続不良の発生を防止することができる。また、下パッケージ２の基板４の裏面にマザー基板を表面実装する場合にも、基板４の反りによる接続不良の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置を構成する下パッケージの模式的な上面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る半導体装置を構成する下パッケージの模式的な上面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る半導体装置を構成する下パッケージの模式的な上面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を表す説明図である。
【図６】従来公知の半導体装置の説明図である。
【図７】従来公知の半導体装置の模式的な部分断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  半導体装置
２  下パッケージ
３  上パッケージ
４  基板
５  ランド
６  モールド樹脂
７  パッケージ本体
８  電極端子
９  導電材料
１０  樹脂層
１１  外部端子
【図１】
0005286957.tif 000002
【図２】
0005286957.tif 000003
【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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