(57)【要約】【課題】半導体装置において、半導体素子とそれが搭載されるパッケージ基板の熱膨張差による反りを抑制し、高い実装性と接続信頼性を実現する。【解決手段】基板４上に半導体チップ１がバンプ２で接続され、半導体チップ１周辺にモールド樹脂３が設けられており、半導体チップ１角部から基板４角部近傍における半導体チップ１からモールド樹脂３端部までの距離をＡ、基板４辺部中央近傍における半導体チップ１からモールド樹脂３端部までの距離をＢとした場合において、Ｂ＞√２×Ａの関係となるようにモールド樹脂３を設けることにより、小型化，薄型化と信頼性を確保しながら、容易に半導体装置の反りを抑制することができる。【選択図】図１
2012222122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上にバンプを介して搭載される半導体チップと、
前記基板上の前記半導体チップ周辺に設けられるモールド樹脂と
を有し、前記基板の各頂点から最も近い位置の前記モールド樹脂端部から前記半導体チップまでの最短距離をＢとし、前記基板の各辺の中点から最も近い位置の前記モールド樹脂端部から前記半導体チップまでの最短距離をＡとした場合に、Ｂ＞√２×Ａの関係にあり、かつ半導体チップ１の前記バンプと接続する面に対する裏面がモールド樹脂３から露出していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体チップの各辺の中点が前記基板の対角線上に位置するように、前記半導体チップを前記基板に搭載することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体チップの対角線が前記基板の対角線上にあり、前記モールド樹脂が、前記基板の対角線上においては前記半導体チップの搭載位置と逆向きに突出し、前記基板の各辺の中点近傍においては前記半導体チップの搭載位置の方向に凹むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記モールド樹脂の前記基板の対角線上に設けられた突出部間の凹み部にもモールド樹脂を設け、前記凹み部に設けられたモールド樹脂の前記基板表面からの高さが、前記基板の縁部に近づくにつれ連続的に低くなることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体チップの前記基板表面からの高さが、前記モールド樹脂の前記基板表面からの高さより高いことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップと前記基板の間にアンダーフィル樹脂を設けることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に搭載された半導体チップをモールド樹脂で封止して形成される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信機器や家庭用電子機器の高密度化および高機能化が進展するのに伴って、これらの機器に搭載される半導体集積回路装置等の半導体装置について、高密度化とともに、入出力のための外部端子の数を増加することおよび小型化することが要求されている。また機器の薄型化とともに、半導体装置の薄型化も要求されている。そのため、半導体装置の小型化，薄型化の阻害要因となっているバンプを小型化，薄型化していた。しかし、半導体装置には、半導体チップと基板との熱膨張差による反りが発生するが、バンプの小型化および薄型化により半導体基板の反りが増加するため、実装性および接続信頼性の低下が課題になってきている。
【０００３】
これらの要求を実現させる技術として、従来の半導体装置では、図５に示すように、モールド樹脂を形成する構造が採用されていた。
以下、図５を用いて従来の半導体装置について説明する。
【０００４】
図５は従来の樹脂モールドされた半導体装置におけるパッケージ構造を示す図であり、図５（ａ）は概略平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【０００５】
図５に示すように、従来の樹脂モールドされた半導体装置は、半導体チップ１上には、半導体素子に機械的および電気的に接続されて電極として機能し、はんだからなるバンプ２が形成されている。半導体チップ１は、基板４にフリップチップ搭載されて機械的および電気的に接続されている。そして、半導体チップ１と基板４との隙間でバンプ２間にアンダーフィル樹脂６を充填した後、半導体チップ１をモールド樹脂３で封止する。また、基板４の半導体チップ搭載面に対する反対側の面にははんだからなる外部接続端子５が形成されている。
【０００６】
前述したフリップチップ実装方式による半導体装置の製造方法について説明する。
まず、電気めっき法や印刷法やボール搭載法などの方法でバンプ２を形成したバンプ付の半導体チップ１と、バンプ２に対応する位置に電極ランドが形成された基板４とを用意する。そして、半導体チップ１を基板４に対してフリップチップで搭載する。
【０００７】
次に、半導体チップ１のバンプ２をリフローすることにより、はんだを溶融し、バンプ２により半導体チップ１と基板４とを接続する。
その後、半導体チップ１と基板４との隙間を清浄化し、ディスペンサを用いてその隙間にアンダーフィル樹脂６を注入する。注入はチップの周辺部から行うが、毛細管現象により全面に浸入し、半導体チップ１と基板４との隙間にアンダーフィル樹脂６が充填される。
【０００８】
その後、熱処理を行い、アンダーフィル樹脂６を硬化することによって半導体チップ１の搭載面を封止する。
その後、半導体チップ１上面にモールド樹脂３をトランスファー方式またはコンプレッション方式などの工法により形成する。
【０００９】
最後に、チップ搭載面と反対側の面に引き出された金属パッドに外部接続端子５を搭載し、リフローする。
以上により、従来のＢＧＡ型の半導体装置が完成する。
【００１０】
この様な構成により、放熱板やリングを設けることなく半導体装置の小型化，薄型化を実現しながら、半導体装置の反りを防止していた（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、モールド樹脂３とアンダーフィル樹脂６の密着性が確保されない場合に信頼性が低下するほか、２材料の樹脂供給によるプロセスおよび材料のコストが高くなるという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２７０４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の樹脂モールドされた半導体装置では、バンプ２の形成領域にアンダーフィル樹脂６を充填する必要があるため、アンダーフィル樹脂６の形状を複雑に制御する必要があり、また、アンダーフィル樹脂６の周囲にモールド樹脂３を設けるため、アンダーフィル樹脂６とモールド樹脂３の密着性を確保する必要があった。そのため、工程が複雑化すると共に信頼性の維持が困難であるという問題点があった。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、小型化，薄型化と信頼性を確保しながら、容易に半導体装置の反りを抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、基板と、前記基板上にバンプを介して搭載される半導体チップと、前記基板上の前記半導体チップ周辺に設けられるモールド樹脂とを有し、前記基板の各頂点から最も近い位置の前記モールド樹脂端部から前記半導体チップまでの最短距離をＢとし、前記基板の各辺の中点から最も近い位置の前記モールド樹脂端部から前記半導体チップまでの最短距離をＡとした場合に、Ｂ＞√２×Ａの関係にあり、かつ半導体チップ１の前記バンプと接続する面に対する裏面がモールド樹脂３から露出していることを特徴とする。
【００１５】
また、前記半導体チップの各辺の中点が前記基板の対角線上に位置するように、前記半導体チップを前記基板に搭載することが好ましい。
また、前記半導体チップの対角線が前記基板の対角線上にあり、前記モールド樹脂が、前記基板の対角線上においては前記半導体チップの搭載位置と逆向きに突出し、前記基板の各辺の中点近傍においては前記半導体チップの搭載位置の方向に凹むことが好ましい。
【００１６】
また、前記モールド樹脂の前記基板の対角線上に設けられた突出部間の凹み部にもモールド樹脂を設け、前記凹み部に設けられたモールド樹脂の前記基板表面からの高さが、前記基板の縁部に近づくにつれ連続的に低くなっても良い。
【００１７】
また、前記半導体チップの前記基板表面からの高さが、前記モールド樹脂の前記基板表面からの高さより高くても良い。
また、前記半導体チップと前記基板の間にアンダーフィル樹脂を設けても良い。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、小型化，薄型化と信頼性を確保しながら、容易に半導体装置の反りを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１における凹凸を有する樹脂構造の半導体装置の構成を示す図
【図２】実施の形態１における半導体チップが回転配置された半導体装置の構成を示す図
【図３】実施の形態２における半導体装置の構成を示す図
【図４】実施の形態３における半導体装置の構成を示す図
【図５】従来の樹脂モールドされた半導体装置におけるパッケージ構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に関わる半導体装置の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１、２を用いて実施の形態１における半導体装置の構成を説明する。図１は実施の形態１における凹凸を有する樹脂構造の半導体装置の構成を示す図、図２は実施の形態１における半導体チップが回転配置された半導体装置の構成を示す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｃ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ｃ）のＸ−Ｘ断面図、図２（ａ）は斜視図、図２（ｃ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ｃ）のＸ−Ｘ断面図である。
【００２１】
実施の形態１における半導体装置を構成する半導体チップ１の主面にはアルミニウム（Ａｌ）等からなる複数の電極パッドが形成されている。その電極パッド上に、例えばスパッタ法によって形成されたチタン（Ｔｉ）からなるバリアメタルと銅（Ｃｕ）からなる下部金属膜と、その上方に電気めっき法によって形成されたニッケル（Ｎｉ）からなる上部金属膜が形成されている。バリアメタルはＴｉＷやＣｒ等を用いてもよい。または、無電解めっき法によって形成されたニッケル（Ｎｉ／Ａｕ）からなる金属膜によって構成されても良い。さらに、金属膜上には、はんだからなるバンプ２が形成される。
【００２２】
また、基板４には、半導体チップ１上に形成されたバンプ２に対応する電極ランドが形成されている。基板４の配線は銅（Ｃｕ）等からなり、電極ランドは配線が基板４表面に形成されたソルダーレジストを開口させて形成している。その表面は、無電解めっき法によって形成されたニッケル（Ｎｉ／Ａｕ）等からなる金属膜によって構成されている。または、ＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｏｌｄｅｒ  Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ）が塗布されている。さらに、印刷法もしくは搭載法によりはんだからなるＳＯＰ（Ｓｏｌｄｅｒ  ｏｎ  Ｐａｄ）が形成されていても良い。
【００２３】
半導体チップ１の主面を下にし、バンプ２の先端にフラックスを転写する、もしくは基板４上にフラックスを塗布したあと、半導体チップ１を基板４の上に搭載し、リフロー炉で加熱することでバンプ２が溶融し、半導体チップ１と基板４が接続される。
【００２４】
また、半導体チップ１周辺には、トランスファー方式またはコンプレッション方式によりモールド樹脂３が形成されている。また、半導体チップ１と基板４との間にもモールド樹脂３が充填される。
【００２５】
本実施の形態の特徴は、基板４の各頂点に対する直近のモールド樹脂端部から半導体チップ１までの最短距離が、基板４の各辺に対する直近のモールド樹脂端部から半導体チップ１までの最短距離の√２倍より大きくなるように、かつ半導体チップ１の主面に対する裏面がモールド樹脂３から露出しているように、半導体チップ１およびモールド樹脂３を形成することを特徴とする。
【００２６】
例えば、図１に示すように、半導体チップ１は、そのバンプ２形成面における対角線が基板４の半導体チップ１搭載面における対角線と一致するように、重心が基板４の重心Ｃと一致し、各辺が対向する基板４の各辺と平行になり、重心Ｃと基板４の頂点Ｐを結ぶ直線上に半導体チップ１の頂点Ｐ’が並ぶように配置される。また、モールド樹脂３は、重心Ｃと基板４の頂点Ｐを結ぶ直線上で重心Ｃから基板４の頂点Ｐの方向に突出し、重心Ｃと半導体チップ１の各辺の中点Ｍとを結ぶ直線状で凹む凹凸形状に形成される。そして、半導体チップ１頂点Ｐ’からモールド樹脂３突出部端部までの距離をＢ、半導体チップ１各辺の中点Ｍからモールド樹脂３の凹み部端部までの距離をＡ、とした場合において、Ｂ＞√２×Ａの関係となるモールド樹脂３形状を形成する。
【００２７】
また、図２に示すように、重心が基板４の重心Ｃと一致し、重心Ｃと基板４の頂点Ｐを結ぶ直線上に半導体チップ１の中点Ｍが並ぶように半導体チップ１を配置し、半導体チップ１の周囲を覆い、各辺が基板４の辺と平行になるように基板４上にモールド樹脂３を封止しても良い。この場合、重心Ｃから半導体チップ１の頂点Ｐ’の方向における半導体チップ１の頂点Ｐ’からモールド樹脂３端部までの距離をＡ、重心Ｃから基板４の頂点Ｐの方向における半導体チップ１の中点Ｍからモールド樹脂３端部までの距離をＢとして、Ｂ＞√２×Ａの関係となるモールド樹脂３形状を形成する。
【００２８】
以上のように、基板４の頂点Ｐ近傍における半導体チップ１までのモールド樹脂３の幅であるＢが基板４の各辺の中点近傍における半導体チップ１までのモールド樹脂３の幅であるＡより√２倍以上長くすることにより、半導体チップ１と基板４の熱膨張差による応力が生じても、半導体装置の反りを抑制することができる。以下、詳細に説明する。
【００２９】
一般的に、半導体装置において、樹脂と基板の熱膨張差により、樹脂側である上向きに半導体装置に反りが生じる。そして、基板４の頂点Ｐ近傍のモールド樹脂３形成領域を広くし、基板４の辺部近傍のモールド樹脂３形成領域を狭くすることにより、重心Ｃから中点Ｍ方向は下向きに反りが生じ、重心Ｃから頂点Ｐ方向は上向きに反りが生じるため、それぞれの反りが打ち消しあい、パッケージ全体として反り量が低下するため、放熱板等を付加することにより反りを防止する必要がなく、またモールド樹脂を半導体チップと基板の隙間に充填できることからアンダーフィル樹脂も不要となるので、小型化，薄型化と信頼性を確保しながら、容易に半導体装置の反りを抑制することができる。また、放熱板を搭載する従来構造に比べて低コストで反り抑制構造を実現できる。
【００３０】
（実施の形態２）
図３は実施の形態２における半導体装置の構成を示す図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｃ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ｃ）のＸ−Ｘ断面図である。図３において、実施の形態１の図１と同じ符号は同一構成要素を指している。本実施の形態に特有の構成は、次のとおりである。
【００３１】
実施の形態１の図１の構成では、基板４の頂点に対応する部分が突出する凹凸形状にモールド樹脂３が形成されていたが、実施の形態２においては、図３に示すように、モールド樹脂３の隣接する突出部分の間の領域Ｄにも樹脂が形成され、領域Ｄに形成された樹脂の基板４表面からの高さが半導体チップ１から基板４周囲方向に向かって連続的に低くなることを特徴とする。つまり、図１において形成されたモールド樹脂３部分における基板４表面からのモールド樹脂３高さをＨｔ、領域Ｄの基板４表面からのモールド樹脂３高さをＨｄとした場合において、０＜Ｈｄ＜Ｈｔの関係にある構成とする。その他の構成については、実施の形態１の図１と同様であるので説明を省略する。
【００３２】
本実施の形態においては、実施の形態１に比べてモールド樹脂３の端部が基板４に対しなだらかにかつ広範囲に形成される。その結果、重心Ｃから中点Ｍ方向の下向きの反り量が実施の形態１に比べて緩和され、パッケージ内で異なる反り方向が局在化することを緩和することによりパッケージ内の応力が分散され、そり抑制効果を維持しながら高い接続信頼性を確保することができる。その他の効果については、実施の形態１の場合と同様である。
【００３３】
（実施の形態３）
図４は実施の形態３における半導体装置の構成を示す図であり、図４（ａ）は斜視図、図４（ｃ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ｃ）のＸ−Ｘ断面図である。図４において、実施の形態１および２の図１から３と同じ符号は同一構成要素を指している。本実施の形態に特有の構成は、次のとおりである。
【００３４】
実施の形態１の構成では、半導体チップ１とモールド樹脂３の上面が面一に形成される場合を示したが、実施の形態３では、モールド樹脂３の基板４表面からの高さＨｍを半導体チップ１の基板４表面からの高さＨｃより低くし、Ｈｃ＞Ｈｍの関係にある構成とすることを特徴とする。その他の構成については、実施の形態１および２と同様であるので、説明を省略する。
【００３５】
本実施の形態においては、実施の形態１および２に比べてモールド樹脂３の体積を減らすことができる。その結果、パッケージサイズ、チップサイズ、基板厚などの違いによる反り量の変化に柔軟に対応することができる。特に、基板の厚みや材質に応じてそりを抑制するのに最適な樹脂厚とすることにより、半導体装置の小型化，薄型化を図りながら、より効果的にそりの抑制を行うことができる。その他の効果については、実施の形態１および２の場合と同様である。また、逆に、そり抑制効果を十分に確保するために必要な場合に、Ｈｃ＜Ｈｍとしてもかまわない。
【００３６】
（実施の形態４）
実施の形態１から３の構成において、さらに、半導体チップ１と基板４の間にアンダーフィル樹脂６が設けられている構成とする。この場合、モールド樹脂３とアンダーフィル樹脂６の密着性が十分確保されていることが前提となる。その他の構成については、実施の形態１から３と同様であるので、説明を省略する。
【００３７】
本実施の形態においては、実施の形態１から３に比べてモールド樹脂３を半導体チップ１と基板４の隙間に注入する必要がない。その結果、モールド樹脂３の種類を拡大することができる。その他の効果については、実施の形態１から３の場合と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、小型化，薄型化と信頼性を確保しながら、容易に半導体装置の反りを抑制することができ、基板上に搭載された半導体チップをモールド樹脂で封止して形成される半導体装置等に有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１    半導体チップ
２    バンプ
３    モールド樹脂
４    基板
５    外部接続端子
６    アンダーフィル樹脂
７    放熱板
８    放熱樹脂
９    接着材
【図１】
2012222122.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012222122.tif 000005
【図４】
2012222122.tif 000006
【図５】
2012222122.tif 000007