(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機基板上に半導体素子を搭載し、且つ半導体素子搭載領域の外側に外部端子領域を配置してなる半導体装置において、有機基板としてポリイミドベースのテープ若しくはガラス繊維又は有機繊維で強化されたフレキシブル基板を使用し、その有機基板の半導体素子搭載領域周辺に半導体素子搭載領域の面積が半導体素子の面積より小さくなるように貫通孔を設けた状態にし、トランスファーモールド可能な樹脂を封止樹脂に用いて半導体素子の表裏を樹脂封止するとともに、外部端子領域を除く半導体素子搭載領域及びその周囲領域の有機基板の両面も前記貫通孔を通して同時に樹脂封止したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
有機基板からなり、半導体素子搭載領域の外側に外部端子領域を配置してなる半導体装置用部材において、有機基板としてポリイミドベースのテープ若しくはガラス繊維又は有機繊維で強化されたフレキシブル基板が使用され、その有機基板の半導体素子搭載領域周辺に半導体素子搭載領域の面積が半導体素子の面積より小さくなるように貫通孔を設けたことを特徴とする半導体装置用部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＧＡ、ＣＳＰ等のエリアアレイ型外部端子を有する半導体装置の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高性能化及び小型化の傾向から、それに用いられる半導体装置は、ＬＳＩのＡＳＩＣに代表されるようにますます高集積化、高機能化が進んでいる。高集積化、高機能化された半導体装置においては、信号の高速処理のためにパッケージ内のインダクタンスが無視できない状況となるので、そのインダクタンスの低減のために電源及びグランドの接続端子数を多くし、実質的なインダクタンスを下げることで対応してきた。このため、半導体装置の高集積化、高機能化は外部端子であるピンの総数の増加を促すことになり、ますますの多ピン化が求められ、これに対応して先端のファインなＬ／Ｆ等やＢＧＡ、ＣＳＰに代表されるような半導体装置（パッケージ）が普及してきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１〜図３はファンアウト方式のＢＧＡの例を示す断面図であり、図１はワイヤーボンディング型（フェースアップ）、図２はインナーリードボンディング型、図３はフリップチップボンディング型である。
【０００４】
図１に示すワイヤーボンディング型のＢＧＡは、絶縁層１１に配線１２とそれを覆ってカバーシート１３が積層されてなる有機基板に、その絶縁層１１が露出したところに接着剤１４を介して半導体素子１０が搭載され、ボンディングワイヤー１５により半導体素子１０が配線１２と接続されている。そして、搭載した半導体素子１３を覆うようにトランスモールドにより樹脂１６を封止している。このタイプの半導体装置では、モールド後における封止樹脂１６の熱収縮により、半導体素子１０の搭載領域に反りが発生し、結果として外部電極１７の平坦性が悪化する。特に絶縁層１１がポリイミドベースのテープやガラス繊維又は有機繊維で強化されたフレキシブル基板の場合は顕著である。また、ポリイミドベースのテープやガラス繊維又は有機繊維で強化されたフレキシブル基板の片面モールドにおいては、モールド時の樹脂圧が半導体素子１０の片面のみに加わるため半導体素子１０にクラックが生じる場合がある。原因は有機基板に反りがある状態でモールドされるために、搭載した半導体素子１０に曲げ応力が加わるためである。
【０００５】
図２に示すインナーリードボンディング型のＢＧＡは、絶縁層１１に配線１２とそれを覆ってカバーシート１３が積層されてなる有機基板に、その開口部から内側に突き出たインナーリード１８を介して半導体素子１０が接続されている。そして、図の下方から樹脂をポッティングすることで半導体素子１０を封止している。図３に示すフリップチップボンディング型のＢＧＡは、絶縁層１１に配線１２とそれを覆ってカバーシート１３が積層されてなる有機基板に、その配線１２の端部に設けた端子１９を介して半導体素子１０が接続されている。そして、絶縁層１１の開口部からポッティングすることで半導体素子１０を封止している。これらのタイプの半導体装置は、封止後における封止樹脂１６の硬化収縮及び素子と樹脂の熱膨張係数差に起因する熱歪により、半導体素子１０の搭載領域に反りが発生し、結果として外部電極１７の平坦性が悪化するばかりか、封止樹脂に高価なポッティング樹脂を使用するためコスト面で不利である。また、トランスモールドしたタイプのものと比較すると信頼性が劣る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するため、本発明は、有機基板上に半導体素子を搭載し、且つ半導体素子搭載領域の外側に外部端子領域を配置してなる半導体装置において、有機基板としてポリイミドベースのテープ若しくはガラス繊維又は有機繊維で強化されたフレキシブル基板を使用し、その有機基板の半導体素子搭載領域周辺に半導体素子搭載領域の面積が半導体素子の面積より小さくなるように貫通孔を設けた状態にし、トランスファーモールド可能な樹脂を封止樹脂に用いて半導体素子の表裏を樹脂封止するとともに、外部端子領域を除く半導体素子搭載領域及びその周囲領域の有機基板の両面も前記貫通孔を通して同時に樹脂封止したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、有機基板上に半導体素子を搭載し、且つ半導体素子搭載領域の外側に外部端子領域を配置してなる半導体装置において、半導体素子の表裏及びその周辺領域について樹脂による封止を行うこととしている。そして、このようにして封止樹脂をモールドすることにより、外部電極の平坦性が良く、かつ封止時に素子クラックが発生しない半導体装置を製造することができる。
【０００８】
樹脂封止は、信頼性、コスト等の観点から両面のトランスファーモールドにより行うようにし、その封止樹脂としてはトランスファーモールドが可能な樹脂、例えば、クレゾール・ノボラック系エポキシ樹脂若しくはビフェニール系エポキシ樹脂を使用する。
【０００９】
モールド時における樹脂の流動性を確保するため、有機基板の半導体素子搭載領域周辺に上記の如く貫通孔を設けるが、その貫通孔を配置した後の有機基板の面積を半導体素子の面積より小さくする。実際には、約８０％程度小さくするのが好ましい。
【００１０】
本発明は、有機基板としてポリイミドベースのテープ若しくはガラス繊維又は有機繊維で強化されたフレキシブル基板を使用した半導体装置に有効である。
【００１１】
上記した本発明の半導体装置に用いられる部材は、有機基板からなり、半導体素子搭載領域の外側に外部端子領域を配置してなる半導体装置用部材において、有機基板の半導体素子搭載領域周辺に貫通孔を設けたものとなる。
【００１２】
そして、このような半導体装置用部材として、半導体素子搭載領域における有機基板の面積を半導体素子の面積より小さくしたものが好ましい。
【００１３】
また、好ましい半導体装置用部材は、有機基板としてポリイミドベースのテープ若しくはガラス繊維又は有機繊維で強化されたフレキシブル基板を用いたものである。
【００１４】
図４は本発明に係る半導体装置の一例を示すもので、図５は図４における中心部の背面側から見た拡大図である。これはワイヤーボンディング型（フェースアップ）のＢＧＡであり、絶縁層１１に配線１２とそれを覆ってカバーシート１３が積層されてなる有機基板に、接着剤１４を介して半導体素子１０が端子側を上向きにした状態で搭載され、ボンディングワイヤー１５により半導体素子１０が配線１２と接続されている。そして、有機基板には半導体素子搭載領域Ａからはみ出るようにして４つの貫通孔２０が配置されており、この有機基板に半導体素子１０を搭載し、トランスファーモールドにより半導体素子１０を樹脂１６で封止するとともに、外部端子１７領域を除く半導体素子搭載領域Ａ及びその周辺領域の有機基板の両面も貫通孔２０を通して同時に樹脂１６で封止されている。
【００１５】
図６はワイヤーボンディング型（フェースダウン）のＢＧＡであり、中心部の拡大説明図は図５と同様である。このタイプのＢＧＡでは、絶縁層１１に配線１２とそれを覆ってカバーシート１３が積層されてなる有機基板に、接着剤１４を介して半導体素子１０が端子側を下向きにした状態で搭載され、ボンディングワイヤー１５により半導体素子１０が配線１２と接続されている。そして、有機基板には半導体素子搭載領域からはみ出るようにして４つの貫通孔２０が配置されており、この有機基板に半導体素子１０を搭載し、トランスファーモールドにより半導体素子１０を樹脂１６で封止するとともに、外部端子１７領域を除く半導体素子搭載領域及びその周辺領域の有機基板の両面も貫通孔２０を通して同時に樹脂１６で封止されている。なお、このタイプでは、貫通孔２０はボンディングワイヤー１５の通る道にもなっている。
【００１６】
これらワイヤーボンディング型のＢＧＡは、半導体素子搭載領域及びその周辺領域の両面に封止樹脂が存在する結果、樹脂封止領域の反り及び外部電極の平坦性が良好となる。特に、絶縁層にポリイミドベースの材料若しくはガラス繊維又は有機繊維で強化されたフレキシブル基板を用いた場合は効果が顕著である。
【００１７】
図７は本発明に係る半導体装置の別の例を示すもので、図８は図７における中心部の背面側から見た拡大図である。これはインナーリードボンディング型のＢＧＡであり、絶縁層１１に配線１２とそれを覆ってカバーシート１３が積層されてなる有機基板に、インナーリード１８を介して導体素子１０が搭載されている。有機基板には半導体素子搭載領域Ａの外側に４つの貫通孔２０が配置されており、この有機基板に半導体素子１０を搭載し、トランスファーモールドにより半導体素子１０を樹脂１６で封止するとともに、外部端子１７領域を除く半導体素子搭載領域Ａ及びその周辺領域の有機基板の両面も貫通孔２０を通して同時に樹脂１６で封止されている。
【００１８】
図９は本発明に係る半導体装置のさらに別の例を示すもので、図１０は図９における中心部の背面側から見た拡大図である。これはフリップチップボンディング型のＢＧＡであり、絶縁層１１に配線１２とそれを覆ってカバーシート１３が積層されてなる有機基板に、配線１２の端部に設けた端子１９を介して半導体素子１０が搭載されている。有機基板には半導体素子搭載領域Ａの外側に４つの貫通孔２０が配置されており、この有機基板に半導体素子１０を搭載し、トランスファーモールドにより半導体素子１０を樹脂１６で封止するとともに、外部端子１７領域を除く半導体素子搭載領域Ａ及びその周辺領域の有機基板の両面も貫通孔２０を通して同時に樹脂１６で封止されている。
【００１９】
図７及び図８に示したインナーリードボンディング型のＢＧＡと図９及び図１０に示したフリップチップボンディング型のＢＧＡは、トランスファーモールドにより樹脂封止を行うので、高価なポッティング樹脂を使用しないためコスト面で有利となる。また、信頼性も向上する。
【００２０】
【実施例】
図４及び図５に示すタイプのワイヤーボンディング型（フェースアップ）のＢＧＡを試作した。具体的には、チップサイズ：９．５ｍｍ、ＰＫＧサイズ：２１×２１ｍｍ（半導体素子搭載領域：□１２ｍ）、ピン数：１０４ｐｉｎとし、半導体素子を搭載させる有機基板としてとして次のＡ〜Ｃを使用した。これらを順に実施例１〜３とする。
【００２１】
（有機基板Ａ）
絶縁層：ポリイミドベース（宇部興産製「ユーピレックス」、５０μｍ厚）
配線：電解銅箔（１８μｍ）
接着剤：巴川製紙所製「エレファンＸシリーズ」
カバーシート：ソルダーレジスト
よりなるフィルムキャリアテープ
【００２２】
（有機基板Ｂ）
絶縁層：ガラス繊維入りＢＴレジン（三菱ガス製、１００μｍ厚）
配線：電解銅箔（１２μｍ）
カバーシート：ソルダーレジスト
よりなるフレキシブル基板
【００２３】
（有機基板Ｃ）
絶縁層：アラミド繊維入りＢＴレジン（三菱ガス製：２００μｍ厚）
配線：電解銅箔（１２μｍ）
カバーシート：ソルダーレジスト
よりなるフレキシブル基板
【００２４】
また、比較例１〜３として、上記の各有機基板Ａ〜Ｃを使用して、図１に示すタイプの従来のワイヤーボンディング型のＢＧＡを試作した。
【００２５】
各実施例と各比較例で得られたそれぞれの半導体装置について、樹脂封止領域の反りと外部電極の平坦性（コプラナリティ）を測定した。また、樹脂封止時における半導体素子のクラック発生率を評価した。それらの結果を表１に示す。これから分かるように、片面のみで樹脂封止した場合に比べて、両面を樹脂封止した方が反りが少なくかつ樹脂封止時の素子クラック発生率が低い。
【００２６】
【表１】
0004070055.tif 000002
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、有機基板上に半導体素子を搭載し、且つ半導体素子搭載領域の外側に外部端子領域を配置してなる半導体装置において、有機基板としてポリイミドベースのテープ若しくはガラス繊維又は有機繊維で強化されたフレキシブル基板を使用し、その有機基板の半導体素子搭載領域周辺に半導体素子搭載領域の面積が半導体素子の面積より小さくなるように貫通孔を設けた状態にし、トランスファーモールド可能な樹脂を封止樹脂に用いて半導体素子の表裏を樹脂封止するとともに、外部端子領域を除く半導体素子搭載領域及びその周囲領域の有機基板の両面も前記貫通孔を通して同時に樹脂封止するようにしたので、半導体素子搭載領域及びその周辺領域の両面に樹脂が存在する結果、樹脂封止領域の反り及び外部電極の平坦性が良好となる。また、樹脂封止時に金型内で素子全体に樹脂圧がかかるため、素子がクラックすることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２】従来の半導体装置の別の例を示す断面図である。
【図３】従来の半導体装置のさらに別の例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の一例を示す断面図である。
【図５】図４における中心部の背面側から見た拡大図である。
【図６】図４に示す半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図７】本発明に係る半導体装置の別の例を示す断面図である。
【図８】図７における中心部の背面側から見た拡大図である。
【図９】本発明に係る半導体装置のさらに別の例を示す断面図である。
【図１０】図９における中心部の背面側から見た拡大図である。
【符号の説明】
１１  絶縁層
１２  配線
１３  カバーシート
１４  接着剤
１５  ボンディングワイヤー
１６  樹脂
１７  外部電極
１８  インナーリード
１９  端子
２０  貫通孔
Ａ  半導体素子搭載領域
【図１】
0004070055.tif 000003
【図２】
0004070055.tif 000004
【図３】
0004070055.tif 000005
【図４】
0004070055.tif 000006
【図５】
0004070055.tif 000007
【図６】
0004070055.tif 000008
【図７】
0004070055.tif 000009
【図８】
0004070055.tif 000010
【図９】
0004070055.tif 000011
【図１０】
0004070055.tif 000012