(57)【要約】【課題】高機能化する半導体素子上の電極数に対応する電極数を回路基板に確保しながらも小型化された半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体素子４と、前記半導体素子４を搭載した回路基板１と、前記半導体素子４の上面に形成された複数の電極６と前記半導体素子４の複数の電極６に対応して前記回路基板１の素子搭載部１ａの周囲に形成された複数の電極３とを電気的に接続した金属細線７とを有した半導体装置において、前記回路基板１の複数の電極３上に、前記素子搭載部の中央から外周に向かう方向に沿って次第に高くなるように導電性突起物１０を形成している。金属細線７間の高低差が拡大し、金属細線７どうしの接触の可能性が小さくなるため、回路基板１の電極面積を低減し、小型化を図りながら、半導体装置の安定した生産が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、前記半導体素子を搭載した回路基板と、前記半導体素子の上面に形成された複数の電極と前記半導体素子の複数の電極に対応して前記回路基板の素子搭載部の周囲に形成された複数の電極とを電気的に接続した金属細線とを有した半導体装置において、前記回路基板の複数の電極上に、前記素子搭載部の中央から外周に向かう方向に沿って次第に高くなるように導電性突起物が形成されている半導体装置。
【請求項２】
導電性突起物はさらに、回路基板の端辺の中央から両端のそれぞれに向かう方向に沿って次第に高くなるように形成されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
導電性突起物は、素子搭載部の中央から外周に向かう方向に沿って高くなる段差形状を有している請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体素子を回路基板上に搭載する工程と、前記半導体素子の上面に形成された複数の電極と前記半導体素子の複数の電極に対応して前記回路基板の素子搭載部の周囲に形成された複数の電極とをそれぞれ金属細線で電気的に接続する工程とを有した、半導体装置の製造方法において、
前記回路基板の複数の電極のそれぞれに金属細線を接続するに先立って、前記複数の電極上に所定の方向に沿って次第に高くなるように導電性突起物を形成し、この導電性突起物に対して金属細線を接続する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
導電性突起物は、ワイヤボンド法を利用して金属ボールを所望高さまで積み重ねることにより形成する請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
導電性突起物は、めっき工法によって形成する請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
めっき工法によって導電性突起物を形成する際に、回路基板上に電極とその周囲を囲む前記電極よりも厚いソルダーレジストとを形成し、前記電極とその所定方向に隣接したソルダーレジストの一部とをマスク開口より露出させてめっきを施すことにより、前記電極上とソルダーレジスト上とにわたる段差形状の導電性突起物を形成する請求項６記載の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、半導体素子を回路基板上に搭載して金属細線で電気的に接続した半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を回路基板上に搭載して金属細線で電気的に接続した半導体装置として、たとえばＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）型半導体装置がある。
図６に従来の一般的なＢＧＡ型半導体装置の概略構成を示す。回路基板１は、ポリイミド樹脂等からなる有機基板、或いは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなるセラミック基板などを基材２とし、銅（Ｃｕ）等の金属により電極３を表面に形成するとともに裏面電極（図示せず）を形成し、表裏の電極間を接続する基板内金属配線（図示せず）を形成している。
【０００３】
半導体素子４は回路基板１の表面の所定位置に接着剤５により接着しており、半導体素子４の電極６と回路基板１上の電極３とを金（Ａｕ）などの金属細線７により電気的に接続し、半導体素子４及び金属細線７を外部から保護するためにエポキシ樹脂等からなる封止樹脂８により回路基板１の表面を被覆している。また回路基板１の裏面電極上に外部基板との接続を行うための半田ボール等の突起電極９を形成している。
【０００４】
なおこの半導体装置では、半導体素子４の電極６の数が多いため、回路基板１上に形成する電極３を基板中央部から基板外周部に向かって複数列配列しており、半導体素子４上の電極６と回路基板１上の電極３とを接続する金属細線７は互いに接触しないようにそれぞれのループ高さを変えている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平５−１２９３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、拡散プロセスの微細化並びに半導体素子４の高機能化に伴って、半導体素子４上の電極６の数が飛躍的に増加してきているため、回路基板１上での電極３の配置が困難になり、回路基板１のサイズを大きくせざるをえず、半導体装置のサイズが大きくなるという問題がある。
【０００６】
回路基板１のサイズの拡大を抑えつつ多数の電極３を配置しようとすると、電極３，３間の距離が近くなるだけでなく、上述したように金属細線７のループ高さを変えても高低差が小さくなり、金属細線７どうしが接触する恐れがある。電極３，３間の距離を確保するためには電極３幅を小さくすることが考えられるが、金属細線７との接合性が低下する懸念がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、半導体素子上の電極数に対応する電極数を回路基板に確保しながらも小型化された半導体装置およびその製造方法を提供す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、本発明の半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子を搭載した回路基板と、前記半導体素子の上面に形成された複数の電極と前記半導体素子の複数の電極に対応して前記回路基板の素子搭載部の周囲に形成された複数の電極とを電気的に接続した金属細線とを有した半導体装置において、前記回路基板の複数の電極上に、前記素子搭載部の中央から外周に向かう方向に沿って次第に高くなるように導電性突起物が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
導電性突起物はさらに、回路基板の端辺の中央から両端のそれぞれに向かう方向に沿って次第に高くなるように形成されていることを特徴とする。また導電性突起物は、素子搭載部の中央から外周に向かう方向に沿って高くなる段差形状を有していることを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子を回路基板上に搭載する工程と、前記半導体素子の上面に形成された複数の電極と前記半導体素子の複数の電極に対応して前記回路基板の素子搭載部の周囲に形成された複数の電極とをそれぞれ金属細線で電気的に接続する工程とを有して、上記の半導体装置を製造する際に、前記回路基板の複数の電極のそれぞれに金属細線を接続するに先立って、前記複数の電極上に所定の方向に沿って次第に高くなるように導電性突起物を形成し、この導電性突起物に対して金属細線を接続することを特徴とする。
【００１１】
導電性突起物は、ワイヤボンド法を利用して金属ボールを所望高さまで積み重ねることにより形成することができる。
また導電性突起物は、めっき工法によって形成することができる。めっき工法によって導電性突起物を形成する際には、回路基板上に電極とその周囲を囲む前記電極よりも厚いソルダーレジストとを形成し、前記電極とその所定方向に隣接したソルダーレジストの一部とをマスク開口より露出させてめっきを施すことにより、前記電極上とソルダーレジスト上とにわたる段差形状の導電性突起物を形成するのが都合よい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、導電性突起物の存在により電極面に高低差が生じ、各電極に接続する金属細線の高低差が拡大するので、金属細線どうしが接触する恐れは低減され、信頼性を高めることができる。
【００１３】
したがって、電極間の距離を小さくしても、各電極に接続する金属細線の高低差を確保することが可能となり、金属細線どうしが接触する恐れは小さく、金属細線と導電性突起物との接合面積を確保することで、半導体装置の安定した生産が可能となる。
【００１４】
このことにより、回路基板上の電極数を減らすことなく電極領域を小さくして、したがって回路基板全体のサイズを小さくして、半導体装置を小型化することが可能となる。あるいは、回路基板上の電極数を多くしながらも電極領域を増やすことなく、したがって回路基板全体のサイズを変えることなく、電極数がより多い高機能の半導体素子を搭載することが可能になる。
【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を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は本発明の実施形態１の半導体装置の概略構成を示す平面模式図、図１（ｂ）は同半導体装置の図１（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。この半導体装置はＢＧＡ型半導体装置であって、先に図６を用いて説明した従来のものと同様の部材に図６と同じ符号を付して説明する。
【００１６】
回路基板１は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等からなる有機基板或いは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなるセラミック基板などを基材２とし、銅（Ｃｕ）等の金属により電極３を表面に形成するとともに裏面電極（図示せず）を形成し、表裏の電極間を接続する基板内金属配線（図示せず）を形成している。
【００１７】
半導体素子４は上面周縁部に電極６を配列したもので、回路基板１の表面の中央の所定位置（以下、素子搭載部１ａという）に接着剤５により接着しており、半導体素子４の電極６と回路基板１上の電極３とを金（Ａｕ）などの金属細線７により電気的に接続し、半導体素子４及び金属細線７を外部から保護するためにエポキシ樹脂等からなる封止樹脂８により回路基板１の表面を被覆している。また回路基板１の裏面電極上に外部基板との接続を行うための半田ボール等の突起電極９を形成している。
【００１８】
回路基板１および半導体素子４は矩形であり、半導体素子４の電極６の数が多いため、回路基板１上に形成する電極３を素子搭載部１ａの中央から基板外周部に向かって複数列配列しており、半導体素子４上の電極６と回路基板１上の電極３とを接続する金属細線７は互いに接触しないようにそれぞれのループ高さを変えている。
【００１９】
この実施形態１の半導体装置が従来のものと相違するのは、回路基板１の複数の電極３上に、素子搭載部１ａの中央から外周に向かう方向に沿って次第に高い導電性突起物１０を形成している点である（電極３，導電性突起物１０に中央寄りから順に符号にａ，ｂ，ｃ・・を加えて示す）。つまり、最も中央寄りの電極３ａには加工は施さず、それより外周側の電極３ｂ上に導電性突起物１０ｂを形成し、さらに外周側の電極３ｃ上により高い導電性突起物１０ｃを形成している。
【００２０】
このことにより、先の図６と比較すると明らかなように、電極３の配置は従来と同じであっても、導電性突起物１０ｂ，１０ｃの存在により電極面に高低差が生じ、各電極３に接続する金属細線７の高低差が従来よりも拡大する。
【００２１】
したがって、電極３の配置が従来と同じであれば、金属細線７どうしが接触する恐れは確実に低減され、信頼性を高めることができる。
よって、電極３，３間の距離を小さくしても、各電極３に接続する金属細線７の高低差を確保することが可能なので、金属細線７どうしが接触する恐れは小さく、金属細線７と導電性突起物８との接合面積を確保することで、半導体装置の安定した生産が可能となる。
【００２２】
その結果、回路基板１上の電極数を減らすことなく電極領域を小さくして、したがって回路基板１全体のサイズを小さくして、半導体装置を小型化することが可能となる。
あるいは、回路基板１上の電極数を多くしながらも電極領域を増やすことなく、したがって回路基板１全体のサイズを変えることなく、電極数がより多い高機能の半導体素子４を搭載することが可能になる。
【００２３】
図２（ａ）は本発明の実施形態２の半導体装置の概略構成を示す平面模式図、図２（ｂ）は同半導体装置の図２（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図である。
この半導体装置では、回路基板１上にその端辺に沿う方向（たとえばＢ−Ｂ’方向）に配列された複数の電極３上に、前記端辺の中央部から両端部に向かう方向に沿って次第に高い導電性突起物１０を形成している（電極３，導電性突起物１０に中央寄りから順に符号にａ１，ｂ１，ｃ１・・を加えて示す）。つまり、最も中央寄りの電極３ａ1にはごく低い導電性突起物１０ａ１を形成し、それより端部側の電極３ｂ１上に導電性突起物１０ｂ１を形成し、さらに端部側の電極３ｃ１上により高い導電性突起物１０ｃ１を形成し、さらに端部側の電極３ｄ１上により高い導電性突起物１０ｄ１を形成している。
【００２４】
この構造でも、導電性突起物１０ａ１，１０ｂ１，１０ｃ１，１０ｄ１の存在により電極面に高低差が生じるので、金属細線７の長さが長くなっている場合でも、したがって金属細線７が垂れる恐れがある場合も、各電極３に接続する金属細線７の高低差が従来よりも拡大し、金属細線７どうしが接触する恐れが小さくなる。このことによって得られる効果は実施形態１と同様である。実施形態１の電極構造と実施形態２の電極構造とを組み合わせてもよい。
【００２５】
図３（ａ）は本発明の実施形態３の半導体装置の概略構成を示す平面模式図、図３（ｂ）は同半導体装置の図３（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。
この半導体装置は、実施形態１の半導体装置と同様に、回路基板１の複数の電極３上に、素子搭載部１ａの中央から外周に向かう方向に沿って次第に高い導電性突起物１０を形成している。つまり最も中央寄りの電極３ａには加工は施さず、それより外周側の電極３ｂ上に導電性突起物１０ｂを形成し、さらに外周側の電極３ｃ上により高い導電性突起物１０ｃを形成している。その内、導電性突起物１０ｃは、素子搭載部の中央から外周に向かう方向に沿って高くなる段差形状に形成している。
【００２６】
このような段差形状であれば、図３（ｃ）に示すように、金属細線７を接続するためのキャピラリ１１を移動可能とするための領域を縮小することが可能となり、回路基板１上の電極領域をより小さくすることが可能となる。よって半導体装置をより小型化することが可能となる。
【００２７】
上記の各半導体装置の製造方法を図４を参照しながら説明する。
図４（ａ）に示すように、フレーム内に形成された複数区画の回路基板１のそれぞれについて、その素子搭載部（１ａ）に半導体素子４を接着剤５により接着する。
【００２８】
図４（ｂ）に示すように、回路基板１の電極３上に導電性突起物８を形成する。このためには、従来より電極３上に金属細線７を接続するために使用されているワイヤボンド法（図３ｃ参照）を利用し、キャピラリに挿通した金属細線の先端部を溶融させてボール状として電極３上に圧接し、その状態で金属細線を引きちぎることにより、電極３上にボール状物（バンプ）を残す。導電性突起物８をより高くするためにはバンプを積み重ねる。
【００２９】
図４（ｃ）に示すように、半導体素子４の電極６と回路基板１上の電極３とを金（Ａｕ）などの金属細線７により電気的に接続する。この際には、金属細線７どうしの接触を防止するため、基板外周部分の電極３に接続する金属細線７のループ高さを高くする。
【００３０】
図４（ｄ）に示すように、半導体素子４及び金属細線７を外部から保護するために、封止樹脂８により複数区画の回路基板１の表面を一括して被覆して封止する。このための封止工法としては、例えば金型を用いたトランスファー成型方法や液状樹脂を用いた印刷工法等を実施することができる。
【００３１】
図４（ｅ）に示すように、樹脂封止体１２の回路基板１の裏面電極上に半田ボール等の外部接続用突起電極９を形成する。この形成方法としては、例えば裏面電極上に半田ボールを搭載するか、或いは半田ペーストを印刷した後、リフロー等の温度を加えることで電極材料に溶着させる。
【００３２】
図４（ｆ）に示すように、樹脂封止体１２を１区画の回路基板１ごとに分割することで個片の半導体装置を形成する。分割方法には、例えばダイシングブレードを使用する方法や、金型による打ち抜き方法がある。
【００３３】
なお、導電性突起物１０を形成するためには、上述したようにワイヤボンド法を利用できるほか、回路基板１上にあらかじめＡｕめっきやはんだめっき等を施すめっき工法を利用することも可能である。
【００３４】
図３に示した段差形状の導電性突起物１０をめっき工法で形成するためには、たとえば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、回路基板１の基材２上に円形等の電極３およびその周囲を囲む前記電極３の電極面よりも厚いソルダーレジスト１３を形成し、図５（ｃ）に示すように、電極３とその所定方向における隣接部分のソルダーレジスト１３とが露出する開口１４ａを持ったマスク１４をレジストなどを用いて形成し、図５（ｄ），（ｅ）に示すように、マスク１４を介してめっきを施すことにより、電極３上とソルダーレジスト１３上とにわたる段差形状の導電性突起物１０を形成する。
【００３５】
以上、ＢＧＡ型半導体装置について説明してきたが、ＢＧＡ型でないアレイ型半導体装置などにも適用できる。さらには樹脂で直接に封止するタイプでなくとも、たとえば凹状のパッケージ内に半導体素子を封止するタイプの半導体装置にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、電極数の多い半導体素子を搭載しながらも小型の半導体装置を安定に製造するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態１の半導体装置の概略構成図
【図２】本発明の実施形態２の半導体装置の概略構成図
【図３】本発明の実施形態３の半導体装置の概略構成図
【図４】本発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図
【図５】本発明の半導体装置の導電性突起物を形成する工程の説明図
【図６】従来の半導体装置の概略構成図
【符号の説明】
【００３８】
１    回路基板
２    基材
３    電極
４    半導体素子
６    電極
７    金属細線
10    導電性突起物
13    ソルダーレジスト
14    マスク
【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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