(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の表面に所定のパターンの導体配線が形成された配線板の所定位置に水分の透過が容易な多孔質材料を用いて構成された弾性体を接着する弾性体接着工程と、前記配線板上に接着された前記弾性体上に半導体チップを接着する半導体チップ接着工程と、前記半導体チップの外部端子と前記導体配線を電気的に接続する配線接続工程と、前記配線板上に接着された前記半導体チップ及び前記弾性体の周囲を前記配線板と共に全体を包み込むように絶縁体でトランスファモールドにより封止する封止工程と、前記封止工程の後に前記配線板上の所定領域を切り出して個片化する個片化工程とを備える半導体装置の製造方法において、
前記弾性体接着工程は、前記弾性体の外周部の一部が、前記個片化工程で切り出される領域の外部に突出するように接着し、
前記個片化工程は、前記弾性体の前記個片化工程で切り出される領域の外部に突出した外周部の一部を切断し、
前記封止工程は、前記配線板上に接着された前記弾性体及び前記半導体チップを収容できる空間であるキャビティ及び樹脂を流し込む開口部であるゲートを有する上型及び下型の間に前記配線板を配置、固定し、前記開口部から液状の樹脂を前記キャビティ内に流し込み、前記樹脂を硬化させた後、前記上型及び下型から取り出す方法であって、
前記上型のキャビティは、前記個片化工程で切り出される領域の外周付近に段差が設けられ、前記段差部における前記弾性体と前記上型の間に５μｍ以上〜１００μｍ以下の隙間が設けられていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、配線板（インターポーザ）上に弾性体（エラストマー）を介在させて半導体チップを接着する半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）などの半導体装置（パッケージ）は、インターポーザと呼ばれる配線板上に半導体チップを実装している。前記インターポーザは、前記半導体チップの外部端子とプリント配線板などの前記半導体装置を実装する実装基板上の導体配線の接続部との整合、または前記半導体チップの外部端子をグリッド変換するためのものであり、絶縁基板の表面に所定のパターンの導体配線及び実装基板との接続端子が形成されている。
【０００３】
前記半導体装置では、例えば、前記インターポーザの絶縁基板としてポリイミドテープを用いた場合、前記ポリイミドの熱膨張係数が約３０ｐｐｍ／℃から４０ｐｐｍ／℃であり、一般のシリコン（Ｓｉ）基板を用いた半導体チップの熱膨張係数が約２．６ｐｐｍ／℃であるため、前記半導体チップを動作させて前記半導体装置が動作温度に上昇すると、前記絶縁基板の膨張と前記半導体チップの膨張に差が生じ、前記絶縁基板（インターポーザ）と前記半導体チップの接続面に引っ張り応力が働く。この引っ張り応力により、前記半導体チップの外部端子と前記導体配線の接続部に負荷がかかり断線したり、前記半導体チップが剥離してしまう場合や、あるいは前記絶縁基板に反りが生じて前記半導体装置と前記実装基板の接続部に負荷がかかり断線してしまう場合がある。そのため、前記絶縁基板と前記半導体チップの熱膨張係数の差による熱応力を緩和させる手段として、例えば、前記インターポーザ上にエラストマーと呼ばれる柔軟な材料（弾性体）を介在させて半導体チップを実装している半導体装置がある。
【０００４】
前記弾性体を介在させて半導体チップを実装した半導体装置には、例えば、図１７及び図１８に示すように、前記絶縁基板１の表面に前記導体配線２が形成されたインターポーザ上に、弾性体（以下、エラストマーと称する）３を介在させて半導体チップ４をフリップチップ実装し、前記導体配線２の前記絶縁基板１の開口部１Ａ及び前記エラストマー３の開口部３Ａ内に突出した部分を変形させて前記半導体チップ４の外部端子４０１と接続させたものがある。ここで、図１７は前記ＢＧＡ型の半導体装置の模式平面図、図１８は図１７のＧ−Ｇ’線での模式断面図である。
【０００５】
前記図１７及び図１８に示したＢＧＡ型の半導体装置では、前記エラストマー３及び前記導体配線２の変形部分で熱応力を吸収することにより、前記半導体チップ４と前記絶縁基板１（インターポーザ）の熱膨張係数の差による熱応力を緩和させることができる。また、前記絶縁基板１には、図１８に示したように、ビア穴１Ｂが設けられており、前記ビア穴１Ｂ部分には前記導体配線２と接続されるボール端子６が設けられている。前記ボール端子６は、例えば、マザーボードのような実装基板上に前記半導体装置を実装する際の前記配線導体２と前記実装基板上の配線（端子）との接続端子として用いられる。
【０００６】
前記図１７及び図１８に示したＢＧＡ型の半導体装置の製造方法を簡単に説明すると、まず、図１９（ａ）に示すように、例えば、所定位置にボンディング用の開口部１Ａ及びビア穴１Ｂが形成された絶縁基板１の表面に、所定のパターンの導体配線２を形成したインターポーザ（配線板）を形成する。このとき、前記導体配線２は、図１７及び図１９（ａ）に示したように、その一部が前記ボンディング用開口部１Ａ内に突出し、且つ、他の一部が前記ビア穴１Ｂを覆うように形成される。
【０００７】
前記インターポーザは、例えば、ポリイミドテープのような前記絶縁基板１に、金型を用いて前記ボンディング用開口部１Ａ及び前記ビア穴１Ｂを形成した後、前記絶縁基板１表面に、銅箔などの薄膜導体層を形成し、前記薄膜導体層をエッチング処理等でパターニングして前記導体配線２を形成することにより得られる。また、その他にも、前記絶縁基板１の表面に前記薄膜導体層を形成した後、例えば、炭酸ガスレーザやエキシマレーザなどを用いたレーザエッチングにより前記絶縁基板１に前記ボンディング用の開口部１Ａ及び前記ビア穴１Ｂを形成し、前記薄膜導体層をエッチング処理等でパターニングして前記導体配線２を形成する方法などもある。
【０００８】
またこのとき、前記絶縁基板１は、一般に、一方向に長尺なテープ状をしており、リールツーリール（reel to reel）方式を用いて一本の前記絶縁基板１に多数個の半導体装置を連続して製造した後、前記絶縁基板１から所定領域（パッケージ領域）を切り出して個片化する場合が多く、図１９（ａ）に示したような領域が、前記絶縁基板１全体にわたって繰り返し形成されている。
【０００９】
次に、弾性体接着工程により、図１９（ｂ）に示すように、前記インターポーザの表面、言い換えると、前記インターポーザの導体配線２が形成された面に、前記絶縁基板１のボンディング用の開口部１Ａと対応する位置が開口したエラストマー３を接着する。前記エラストマーには、例えば、熱膨張係数が１００ｐｐｍ／℃以下、あるいは弾性率が１０００ＭＰａ以下の弾性体材料の両面に接着剤層が設けられた３層構造のものが用いられる。また、前記弾性体材料としては、水分の透過が容易な多孔質材料を用いるのが好ましい。また、前記接着剤層には、例えば、Ｂステージまで硬化反応を進めた熱硬化性樹脂が用いられる。
【００１０】
次に、半導体チップ接着工程により、図１９（ｃ）に示すように、前記エラストマー３上に半導体チップ４を接着する。このとき、前記半導体チップ４は外部端子４０１が前記エラストマー３の開口部３Ａ内に位置し、前記外部端子４０１と前記導体配線２とが平面的に重なるように位置合わせをした後、前記エラストマー３上に接着される。その後、加熱して前記エラストマー３の前記接着剤層を完全硬化させる。
【００１１】
次に、配線接続工程により、前記導体配線２の前記絶縁基板１のボンディング用開口部１Ａ内に突出した部分を、ボンディングツールで加圧して押し切り、図１９（ｄ）に示すように、前記エラストマー３の開口部３Ａ内に押し込んで変形させた後、例えば、前記ボンディングツールから前記導体配線２に超音波振動をかけて前記導体配線２と前記半導体チップの外部端子４０１とを接続する。このとき、図では示していないが、前記導体配線２の前記ボンディング用開口部１Ａ内に突出した部分は、前記ボンディングツールで押し切ったときに、所定の外部端子と接続できるように、所定の位置が部分的に細くなっている。
【００１２】
次に、封止工程により、前記絶縁基板１のボンディング用開口部１Ａから、例えば、熱硬化性のエポキシ系樹脂などの絶縁体５を流し込んで硬化させ、前記導体配線２と前記半導体チップの外部端子４０１との接続部分を封止する。
【００１３】
その後、ボール端子接続工程で、前記絶縁基板１のビア穴１Ｂに、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ系はんだ等のボール端子６を接続し、前記絶縁基板１（インターポーザ）を切断して所定領域（パッケージ領域）を切り出し、個片化すると図１７及び図１８に示したような、ＢＧＡ型の半導体装置を得ることができる。
【００１４】
また、図１７及び図１８に示した半導体装置では、前記半導体チップ４として、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のように回路が形成されたシリコン基板表面の中心線付近に前記外部端子４０１が設けられたセンターパッド型の半導体チップを用いているが、この他にも、例えば、回路を形成したシリコン基板表面の長辺方向、あるいは短辺方向の端部付近に外部端子４０１を設けた周辺パッド型の半導体チップを用いた半導体装置もある。また、前記実装基板に実装する際の接続端子は、前記ボール端子６に限らず、例えば、両面銅張積層板等を用いて前記実装基板との接続面に平板状の接続端子（ランド）を形成したものなどもある。
【００１５】
また、前記図１７及び図１８に示したような半導体装置の場合、前記導体配線２と前記半導体チップの外部端子４０１の接続部分を前記絶縁体５で封止しただけなので、前記半導体チップ４が外部に露出している。前記半導体装置は、ＭＣＭ（Multi Chip Module）のように、マザーボード等の実装基板に実装されて一つの機能を有する電子装置の部品として用いられるため、前記半導体チップ４が外部に露出していると、前記半導体装置を前記実装基板に実装する際や、実装基板に実装した後の使用時等に、前記半導体チップ４の露出面に傷が付いたり、前記半導体チップ４の角部が欠けたりしてしまうという問題がある。
【００１６】
また、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３が露出しているため、前記半導体チップ４と前記エラストマー３の接着界面から水分が進入しやすい。また、前記エラストマー３に用いる弾性体材料として多孔質材料を用いた場合には、前記エラストマー３が水分を吸収しやすくなる。そのため、吸収あるいは侵入した水分による前記半導体チップ４の剥離や、前記導体配線２や前記半導体チップ４の内部配線等が腐食して電気的特性が劣化しやすいという問題がある。
【００１７】
そのため、前記導体配線２と前記半導体チップの外部端子４０１の接続部だけでなく、図２０に示すように、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３の周囲も前記絶縁体５で封止した半導体装置が提案され、用いられている。
【００１８】
前記図２０に示した半導体装置は、図１９（ａ）、図１９（ｂ）、図１９（ｃ）、及び図１９（ｄ）に示したような手順で、前記インターポーザ上に前記エラストマー３を介在させて前記半導体チップ４を接着し、前記導体配線２と前記半導体チップの外部端子４０１を接続した後の封止工程で、例えば、金型を用いたトランスファモールドにより前記半導体チップ４及び前記エラストマー３の周囲、ならびに前記導体配線２と前記半導体チップの外部端子４０１の接続部を前記絶縁体５で封止した後、前記ボール端子６を接続し、前記インターポーザの所定領域を切り出して個片化する。
【００１９】
前記封止工程において、トランスファモールドにより前記半導体チップ４及び前記エラストマー３の周囲を封止する場合は、例えば、図２１（ａ）に示すように、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３を収容するキャビティ７０２が設けられた上型７と平板状の下型８で、前記半導体チップ４がフリップチップ実装されたインターポーザをはさみ、固定する。このとき、例えば、前記上型７及び下型８の間には、前記キャビティ７０２の他に、図２１（ａ）に示したように、前記半導体チップ４を封止する絶縁体５を投入するポット７０４、前記ポット７０４に投入されて溶融した絶縁体５を前記キャビティ７０２に流し込むゲート７０１、及び前記ゲート７０１から絶縁体５が流れ込んできたときに、前記キャビティ７０２内の空気を外部に放出するためのエアベント７０３などの空間が設けられている。
【００２０】
前記トランスファモールドの場合、前記ポット７０４に前記絶縁体５として用いる熱硬化性樹脂を投入して溶融させた後、図２１（ｂ）に示すように、プランジャ１０で前記溶融した絶縁体５を押し込むと、前記絶縁体５が前記ゲート７０１を通って前記キャビティ７０２内に流れ込む。前記絶縁体５を前記キャビティ７０２に流し込んで前記半導体チップ４及び前記エラストマー３の周囲を前記絶縁体５で充満した後、前記絶縁体５を硬化させ、前記上型７及び下型８を外すと、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３の周囲、ならびに前記導体配線２と前記半導体チップの外部端子４０１の接続部が前記絶縁体５により封止される。
【００２１】
また、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３の周囲を前記絶縁体５で封止する方法は、前記金型を用いたトランスファモールドの他に、例えば、前記半導体チップ４をフリップチップ実装したインターポーザの全面に熱硬化性樹脂などの絶縁体５を塗布して硬化させる方法などがある。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術では、前記封止工程において、前記金型を用いたトランスファモールドにより、前記半導体チップ４の周囲を絶縁体５で封止するときに、前記エラストマー３の周囲も前記絶縁体５で封止されてしまう。
【００２３】
前記エラストマー３には、一般に、柔軟性が高く、且つ水分の透過が容易な多孔質材料を用いる場合が多く、材料内に存在する空洞部分に水分を取り込みやすい。前記エラストマー３に取り込まれた水分は、前記半導体装置を前記実装基板に実装する際などの加熱工程により気化、膨張するが、このとき、図２０に示した半導体装置のように、前記エラストマー３の周囲を絶縁体５で封止してしまうと、気化した水分を半導体装置の外部へ放出することができない。そのため、前記エラストマー３内部の水分が気化、膨張したときの熱衝撃により前記半導体チップ４、あるいは前記インターポーザの剥離が起きやすくなるという問題があった。
【００２４】
また、前記エラストマー３に取り込まれた水分を半導体装置の外部に放出できないと、その水分により前記導体配線２や前記半導体チップ４の内部配線等の金属部分が腐食しやすく、前記半導体装置の電気的特性が劣化しやすくなるという問題があった。
【００２５】
本発明の目的は、配線板（インターポーザ）上に弾性体（エラストマー）を介在させて半導体チップを実装し、前記半導体チップの周囲を絶縁体で封止した半導体装置において、装置の信頼性の低下を防ぐことが可能な技術を提供することにある。
【００２６】
本発明の他の目的は、配線板（インターポーザ）上に弾性体（エラストマー）を介在させて半導体チップを実装し、前記半導体チップの周囲を絶縁体で封止した半導体装置において、前記半導体チップあるいは前記配線板の剥離による不良を低減することが可能な技術を提供することにある。
【００２７】
本発明の他の目的は、配線板（インターポーザ）上に弾性体（エラストマー）を介在させて半導体チップを実装し、前記半導体チップの周囲を絶縁体で封止した半導体装置において、電気的特性の劣化を低減することが可能な技術を提供することにある。
【００２８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明の概要を説明すれば、以下のとおりである。
【００３０】
（１）絶縁基板の表面に所定のパターンの導体配線が設けられた配線板と、前記配線板上に設けられ、且つ水分の透過が容易な多孔質材料を用いて構成された弾性体（エラストマー）と、前記配線板上に前記弾性体を介在させて接着された半導体チップと、前記半導体チップ及び前記弾性体の周囲を前記配線板と共に全体を包み込むように封止する絶縁体とを備え、前記半導体チップの外部端子と前記導体配線とが電気的に接続された構造の半導体装置において、前記弾性体の周辺の一部が、前記絶縁体の表面に露出するように構成された半導体装置である。
【００３１】
前記（１）の手段によれば、前記弾性体の一部を前記絶縁体の表面に露出していることにより、前記半導体装置を実装基板上に実装する際などの加熱工程において、前記弾性体の内部に取り込まれた水分を前記露出部分から半導体装置外部に放出することができる。そのため、前記弾性体内部に取り込まれた水分の気化、膨張による熱衝撃で前記半導体チップあるいは前記配線板が剥離することを防げる。
【００３２】
また、加熱工程の際に前記弾性体の内部に取り込まれた水分を外部に放出できるため、前記弾性体内部に残留した水分が、前記導体配線や前記半導体チップの内部配線層など、前記半導体装置内の金属部分に到達して腐食することを防げ、電気的特性が劣化することを防げる。
【００３３】
また、前記弾性体には、例えば、水分を透過しやすい多孔質材料を用いる場合が多いが、前記弾性体の一部だけを露出させることにより、前記弾性体に吸収される水分の量を少なくすることができるため、前記弾性体の吸湿による半導体チップの剥離や、電気的特性の劣化を低減させることもできる。
【００３４】
（２）絶縁基板の表面に所定のパターンの導体配線を形成し、前記絶縁基板上の所定位置に水分の透過が容易な多孔質材料を用いて構成された弾性体（エラストマー）を形成した配線板上に、前記弾性体を介在させて半導体チップを接着する半導体チップ接着工程と、前記半導体チップの外部端子と前記導体配線を電気的に接続する配線接続工程と、前記配線板上に接着された前記半導体チップ及び前記弾性体の周囲を前記配線板と共に全体を包み込むように絶縁体で封止する封止工程と、前記封止工程の後に前記配線板の所定領域を切り出して個片化する個片化工程とを備える半導体装置の製造方法において、前記個片化工程は、前記配線板の所定位置を切り出す際に、前記弾性体の外周部の一部を切断し、前記弾性体の一部が露出するように切断する半導体装置の製造方法である。
【００３５】
前記（２）の手段によれば、前記個片化工程で個片化する際に、前記弾性体の外周部の一部を切断することにより、前記絶縁体で封止された前記弾性体の一部を前記絶縁体の表面に露出させることができる。そのため、前記弾性体内部に取り込まれた水分を、前記露出部分から外部に放出でき、前記弾性体内部に取り込まれた水分による信頼性の低下を防ぐ半導体装置を製造することができる。
【００３６】
また、前記半導体チップの周囲は前記絶縁体で封止されているため、取り扱い時に前記半導体チップに傷が付いたり、角部が欠けたりすることを防げる。
【００３７】
（３）絶縁基板の表面に所定のパターンの導体配線が形成された配線板の所定位置に水分の透過が容易な多孔質材料を用いて構成された弾性体（エラストマー）を接着する弾性体接着工程と、前記配線板上に接着された前記弾性体上に半導体チップを接着する半導体チップ接着工程と、前記半導体チップの外部端子と前記導体配線を電気的に接続する配線接続工程と、前記配線板上に接着された前記半導体チップ及び前記弾性体の周囲を前記配線板と共に全体を包み込むように絶縁体で封止する封止工程と、前記封止工程の後に前記配線板上の所定領域を切り出して個片化する個片化工程とを備える半導体装置の製造方法において、前記弾性体接着工程は、前記弾性体の外周部の一部が、前記個片化工程で切り出される領域の外部に突出するように接着し、前記個片化工程は、前記弾性体の前記個片化工程で切り出される領域の外部に突出した外周部の一部を切断する半導体装置の製造方法である。
【００３８】
前記（３）の手段によれば、前記配線板を個片化する際に切り出す領域の外部に突出する突起部を有する弾性体を前記配線板に接着することにより、前記封止工程により前記半導体チップ及び前記弾性体の周囲を絶縁体で封止しても、前記個片化工程で個片化する際に、前記弾性体の突起部を切断して部分的に露出させることができる。そのため、前記弾性体内部に取り込まれた水分を、前記露出部分から外部に放出でき、前記弾性体内部に取り込まれた水分による信頼性の低下を防ぐ半導体装置を製造することができる。
【００３９】
また、前記半導体チップの周囲は前記絶縁体で封止されているため、取り扱い時に前記半導体チップに傷が付いたり、角部が欠けたりすることを防げる。
【００４０】
また、前記（２）及び（３）の手段において、前記封止工程としては、例えば、前記配線板上に接着された前記弾性体及び前記半導体チップを収容できる空間（キャビティ）及び樹脂を流し込む開口部（ゲート）を有する上型及び下型の間に前記配線板を配置、固定し、前記開口部から液状の樹脂を前記キャビティ内に流し込み、前記樹脂を硬化させた後、前記上型及び下型から取り出す方法が挙げられる。
【００４１】
前記上型及び下型を用いたトランスファモールドにより前記半導体チップ及び前記弾性体を封止することにより、前記半導体チップ及び絶縁体の周囲を、適切な厚さ、形状の絶縁体で封止できるため、前記絶縁体のむだを少なくすることができ、材料費を低減することができる。
【００４２】
また、前記上型及び下型を用いることにより、容易に前記絶縁体の表面を平坦にし、各装置の外形を均一にすることができるため、実装時などに取り扱いやすい半導体装置を製造することができる。
【００４３】
また、前記封止工程では、前記上型及び下型を用いたトランスファモールドのほかに、前記配線板全面に液状の樹脂を塗布して硬化させる方法や、半導体チップ上及び周囲のみに液状の樹脂をポッティングする方法があるが、これらの方法では、前記個片化工程において切断する部分が前記絶縁体で厚くなり、切断時の負荷が大きく、切断面が粗くなりやすい。また、絶縁体の外形を平坦、且つ均一にすることが難しいため、前記上型及び下型を用いたトランスファモールドで封止する。
【００４４】
また、前記上型は、前記弾性体の突起部上の、前記弾性体と前記上型の間に所定の距離の隙間を設けて、前記弾性体と前記上型が直接接触しないようにすることにより、前記上型を加熱した際に前記エラストマー表面の接着剤層が前記上型に転写、接着されてしまうことや、前記上型の汚染を防止することができ、前記半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００４５】
またこのとき、前記弾性体の突起部分は、後の個片化工程で切断する部分であるので、切断時の負荷を軽減するために、前記弾性体の突起部上の絶縁体をできるだけ薄くするし、前記弾性体の突起部上の前記弾性体から前記上型までの距離は１００μｍ以下にすることが望ましいが、前記エラストマーの寸法厚み精度や平坦性を考慮した場合、前記弾性体の突起部上の前記弾性体から前記上型までの距離は５μｍ以上必要であると考えられる。
【００４６】
また、前記（２）及び（３）の手段で製造される半導体装置の場合、前記配線板には、前記絶縁基板の所定位置に第１開口部及び第２開口部が形成され、前記絶縁基板の表面に、前記第１開口部を覆い、且つ前記第２開口部に突出する導体配線を形成しておき、前記弾性体接着工程では、前記突起部を有し、且つ前記絶縁基板の第２開口部と対応する位置が開口された絶縁体を接着し、前記半導体チップ接着工程では、前記絶縁基板の第２開口部内に突出した導体配線と前記半導体チップの外部端子を向かい合わせて接着し、前記配線接続工程では、前記導体配線の前記絶縁基板の第２開口部に突出した部分を変形させて前記半導体チップの外部端子と接続する方法が好ましい。
【００４７】
前記導体配線を変形させて接続することにより、前記半導体チップと前記配線板（絶縁基板）の熱膨張係数の差による熱ストレスを、前記弾性体及び前記導体配線により緩和することができ、前記導体配線と前記半導体チップの外部端子との接続部分での剥離を防ぐことができるため、接続信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００４８】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
【００４９】
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号をつけ、その繰り返しの説明は省略する。
【００５０】
【発明の実施の形態】
（実施例）
図１及び図２は、本発明による一実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図であり、図１は本実施例の半導体装置の平面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’線での断面図、図２（ｂ）は図１の右側面図である。なお、図１は半導体チップ及び弾性体を封止する絶縁体は省略して示している。
【００５１】
図１において、１は絶縁基板、２は導体配線、３は弾性体（エラストマー）、３０１は弾性体の突起部（モイスチャベント部）、３Ａは弾性体の開口部、４は半導体チップ、４０１は半導体チップの外部端子である。また、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、１Ａはボンディング用の開口部、１Ｂはビアホール、５は絶縁体（封止材）、６はボール端子である。
【００５２】
本実施例の半導体装置は、図１及び図２（ａ）に示すように、絶縁基板１の表面に所定のパターンの導体配線２が設けられた配線板と、前記配線板上に設けられた弾性体（以下、エラストマーと称する）３と、前記配線板上に前記エラストマー３を介在させて接着された半導体チップ４と、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３の周囲を封止する絶縁体５とを備えた半導体装置であり、前記絶縁基板１及び前記エラストマー３の前記半導体チップ４の外部端子４０１と対応する位置にはボンディング用の開口部１Ａ，３Ａが設けられており、前記導体配線２の前記ボンディング用の開口部１Ａ，３Ａ内に突出した部分を変形させ、前記導体配線２と前記半導体チップの外部端子４０１とを接続している。また、前記ボンディング用の開口部１Ａ，３Ａ内には、前記導体配線２と前記半導体チップの外部端子４０１の接続部分を封止するように前記絶縁体５が充満している。
【００５３】
また、本実施例の半導体装置は、図２（ａ）に示すように、前記絶縁基板１にビア穴１Ｂが設けられており、前記ビア穴１Ｂに前記導体配線２と接続するボール端子６が設けられたＢＧＡ型の半導体装置である。
【００５４】
また、本実施例の半導体装置は、図１及び図２（ｂ）に示すように、前記エラストマー３に、前記絶縁基板１の外周部に達する突起部３０１が設けられており、前記絶縁体の突起部（以下、モイスチャベント部と称する）３０１は前記絶縁体５の表面に露出している。また、前記エラストマー３は、図では省略しているが、例えば、熱膨張係数が１００ｐｐｍ／℃以下の弾性体材料の両面に接着剤層が設けられた３層構造のものであり、前記弾性体材料には、水分の透過が容易な多孔質材料が用いられている。
【００５５】
図３乃至図１１は、本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図３は配線板の形成方法を説明するための平面図、図４は配線板上に弾性体を接着する工程の平面図、図５は半導体チップを実装する工程の平面図、図６は半導体チップ及び弾性体を封止する工程の平面図、図７（ａ）は図６のＢ−Ｂ’線での断面図、図７（ｂ）は図６のＣ−Ｃ’線での断面図、図８は図６のＤ−Ｄ’線での断面図、図９は封止工程後の平面図、図１０（ａ）はボール端子を接続する工程の断面図、図１０（ｂ）、図１１（ａ）、及び図１１（ｂ）はそれぞれ前記配線板を切断して個片化する工程の断面図である。なお、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は図６のＤ−Ｄ’線での断面を示し、図１１（ａ）は図６のＢ−Ｂ’線での断面を示し、図１１（ｂ）は図６のＣ−Ｃ’線での断面を示している。
【００５６】
以下、図３乃至図１１に沿って、本実施例の半導体装置の製造方法について説明するが、従来の製造方法と同様の手順で行う工程についてはその詳細な説明を省略する。
【００５７】
まず、図３に示すように、絶縁基板１の所定位置にボンディング用の開口部１Ａ及びビア穴１Ｂが形成され、前記絶縁基板１の表面に導体配線２が形成された配線板（インターポーザ）を形成する。
【００５８】
前記配線板は、ポリイミドテープやガラスエポキシ系基板などの絶縁基板１の所定位置に、例えば、金型を用いた打ち抜き加工により前記ボンディング用開口部１Ａ及び前記ビア穴１Ｂを形成した後、前記絶縁基板１の表面に、銅箔などの薄膜導体層を形成し、前記薄膜導体層をエッチング処理などによりパターニングして前記導体配線２を形成する。また、前記手順の他に、例えば、前記導体薄膜層が形成された前記絶縁基板１の所定位置に、炭酸ガスレーザやエキシマレーザなどを用いたレーザエッチングにより前記ボンディング用開口部１Ａ及び前記ビア穴１Ｂを形成し、前記薄膜導体層をパターニングして前記導体配線２を形成する方法などがある。
【００５９】
またこのとき、前記導体配線２は、図３に示したように、前記ビア穴１Ｂを覆い、且つ、前記ボンディング用開口部１Ａ内に突出するようにパターニングされる。
【００６０】
また、前記配線板として例えば、ポリイミドテープのように、一方向に長尺なテープ状の絶縁基板１を用いており、リールツーリール（reel to reel）方式で一本の絶縁基板上に連続して多数個の配線板を形成している。このとき、前記テープ状の絶縁基板１には、図３に示したパッケージ領域１Ｃが連続的に並んでおり、半導体チップを実装して半導体装置を形成した後、前記パッケージ領域１Ｃで切断して個片化する。
【００６１】
次に、弾性体接着工程により、図４に示すように、前記配線板の各パッケージ領域１Ｃ上にエラストマー３を接着する。このとき、前記エラストマー３は、図４に示したように、前記モイスチャベント部３０１が前記パッケージ領域１Ｃの外部に突出するように接着される。また、前記エラストマー３は、前記絶縁基板１のボンディング用開口部１Ａと対応する位置に開口部３Ａが形成されている。
【００６２】
次に、半導体チップ接着工程により、図５に示すように、前記エラストマー３上に、半導体チップ４を配置し、前記半導体チップの外部端子４０１と前記導体配線２の位置合わせをして接着した後、配線接続工程により、ボンディングツールを用いて前記導体配線２の前記ボンディング用開口部１Ａ，３Ａに突出した部分を押し切り、変形させて前記半導体チップの外部端子４０１と接続する。
【００６３】
次に、封止工程により、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３、ならびに前記導体配線２と前記半導体チップの外部端子４０１の接続部を封止するが、本実施例では、金型を用いたトランスファモールドにより封止する方法について説明する。トランスファモールドの場合、前記エラストマー３を介在させて前記半導体チップ４をフリップチップ実装した配線板を、前記図２１に示したような上型７及び下型８の間にはさんで固定し、前記ポット７０４で加熱溶融させた絶縁体５をキャビティ７０２に流し込む。このとき、前記上型７のキャビティ７０２は、図６、図７（ａ）、及び図７（ｃ）に示すように、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３を収容する空間であるキャビティ７０２に段差部７Ａが設けられており、前記エラストマーのモイスチャベント部３０１上での前記エラストマー３から前記キャビティ７０２までの距離が、前記半導体チップ４上での前記エラストマー３から前記キャビティ７０２までの距離に比べて小さくなるようにする。またこのとき、前記キャビティ７０２と前記エラストマーのモイスチャベント部３０１が接触すると前記エラストマー３の接着剤層が前記上型７と接着されてしまう可能性があるので、約５μｍから１００μｍ程度の隙間ができるように段差部７Ａの高さを設定する。
【００６４】
前記配線板を前記上型７及び下型８ではさんで固定した後、ポット内で溶融した絶縁体５をプランジャで加圧すると、図７（ａ）に示したように、前記絶縁体５がゲート７０１から前記キャビティ７０２内に流れ込む。このとき、前記キャビティ７０２内に流れ込んだ絶縁体５は、前記半導体チップ４上の空間を流れて前記半導体チップ４及び前記エラストマー３を封止するとともに、前記絶縁体５の一部が前記エラストマー３の開口部３Ａに流れ込んで、前記導体配線２と前記半導体チップの外部端子４０１の接続部が封止される。このとき、前記絶縁基板１の各開口部は平板状の下型８でふさがれているため、前記ボンディング用開口部１Ａ内を流れる絶縁体５が外に流れ出て、前記ビア穴１Ｂをふさぐようなことはない。
【００６５】
その後、前記キャビティ７０２内を流れる絶縁体５は、図７（ｂ）に示したように、前記キャビティ７０２内を充満し、前記エアベント７０３側まで達する。このとき、前記キャビティ７０２内の空気は、前記エアベント７０３から排出される。
【００６６】
前記キャビティ７０２内が前記絶縁体５で充満されたところで、前記絶縁体５を硬化させ取り出すと、図９に示すように、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３の周囲が封止されている。
【００６７】
次に、図１０（ａ）に示すように、前記絶縁基板１のビア穴１Ｂに、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ系はんだなどのボール端子６を接続した後、個片化工程により、前記絶縁基板１を切断してパッケージ領域１Ｃを切り出して個片化する。
【００６８】
前記個片化工程では、例えば、前記パッケージ領域１Ｃの長辺方向を切断するときには、例えば、図１０（ｂ）に示すように、ダイシング用のカッター９で前記絶縁基板１のみを切断すればよいが、前記パッケージ領域１Ｃの短辺方向を切断するときには、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、前記絶縁基板１及び前記絶縁体５、あるいは前記絶縁基板１、前記エラストマーのモイスチャベント部３０１、及び前記絶縁体５をカッター９で切断しなければならない。そのため、前記パッケージ領域１の前記モイスチャベント部３０１が設けられた辺を切断するときには前記カッター９に負荷がかかるので、前記上型７のキャビティ７０２に段差部７Ａを設け、図１１（ｂ）に示したように、前記モイスチャベント部３０１上の絶縁体５はできるだけ薄くし、前記カッター９にかかる負荷をなるべく小さくするのが好ましい。
【００６９】
また、前記個片化工程は、前記ダイシング用のカッター９で切断する方法の他に、例えば、金型等による打ち抜き切断による方法もあるが、打ち抜き切断の場合は、前記モイスチャベント部３０１上の絶縁体５が厚いと打ち抜きの際の負荷が大きくなり、切断面が粗くなる、あるいは打ち抜き時の衝撃で前記エラストマー３が剥離する可能性があるため、打ち抜き切断の場合には、前記突起部上の絶縁体５の厚さが１００μｍ以下であることが好ましい。
【００７０】
図１２は、本実施例の半導体装置の作用効果を説明するための模式図であり、図１２（ａ）は半導体装置を実装基板に実装する工程の側面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＥ−Ｅ’線での断面図である。
【００７１】
前記手順に沿って製造した、本実施例の半導体装置を実装基板に実装する場合には、例えば、図１２（ａ）に示すように、絶縁基板１０上に設けられた配線（端子）１１と前記半導体装置のボール端子６とを位置合わせした後、加熱して前記ボール端子６を溶融して前記配線１１と接続する。このとき、前記絶縁体５で前記エラストマー３の全体を封止していると、前記エラストマー３に取り込まれた水分が気化、膨張したときに逃げ場が無く、熱衝撃等で前記半導体チップ４あるいはインターポーザが剥離してしまうことがあるが、本実施例の半導体装置のように、前記エラストマーのモイスチャベント部３０１を前記絶縁体５の表面に露出させておくことにより、前記エラストマー３に取り込まれた水分が、図１２（ｂ）に示すように、前記モイスチャベント部３０１から半導体装置の外部に放出されるため、熱衝撃等による半導体チップ４あるいはインターポーザの剥離を防ぐことができる。
【００７２】
また、前記エラストマーのモイスチャベント部３０１を前記絶縁体５の表面に露出させ、前記エラストマー３に取り込まれた水分を半導体装置の外部に放出することにより、前記エラストマー３の内部に取り込まれた水分が前記配線板の導体配線２あるいは前記半導体チップ４の内部配線等の金属部分に達して腐食することを防げる。そのため、本実施例の手順で半導体装置を製造することにより、電気的特性の劣化を低減させた半導体装置を製造することができる。
【００７３】
また、前記エラストマー３を部分的に露出させることにより、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３の周囲を封止しない場合に比べ、前記エラストマー３に吸収される水分の量を低減させることができるため、前記エラストマー３の吸湿による剥離や電気的特性の劣化を低減することができる。
【００７４】
以上説明したように、本実施例によれば、前記配線板（インターポーザ）上にエラストマー３を介在させて半導体チップ４を実装し、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３の周囲を絶縁体５で封止した半導体装置において、前記エラストマー３の一部を前記絶縁体５の表面に露出させることにより、前記絶縁体５で半導体チップ４を封止した後で、前記エラストマー３に取り込まれた水分を半導体装置の外部に放出することができる。そのため、前記エラストマー３に取り込まれた水分の気化、膨張による熱衝撃等で前記半導体チップ４あるいは配線板（絶縁基板１）の剥離を低減させることができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００７５】
また、前記エラストマー３に取り込まれた水分を半導体装置の外部に放出することができるため、前記エラストマー３に取り込まれた水分により前記導体配線２あるいは半導体チップ４の内部配線等の金属部分が腐食するのを防ぎ、半導体装置の電気的特性が劣化するのを防げる。
【００７６】
また、本実施例で説明したように、金型を用いたトランスファモールドにより前記半導体チップの周囲を封止すると、前記半導体チップに傷が付いたり角部が欠けたりするのを防げる。
【００７７】
また、前記トランスファモールドにより封止することで、前記絶縁体５の外形が平坦になるとともに、各半導体装置で均一の形状にすることができるため、半導体装置の取り扱いが容易になる。
【００７８】
また、前記上型７のキャビティ７０２内の、前記弾性体の突起部３０１周辺に段差部７Ａを設け、前記突起部３０１上の隙間を小さくすることにより、前記配線板を切断して個片化する際に、ダイシング用のカッター９にかかる負荷を小さくするとともに、切断面が粗くなるのを防ぐことができる。
【００７９】
図１３及び図１４は、前記実施例の半導体装置の変形例を説明するための模式図であり、図１３は第１の変形例の半導体装置の概略構成を示す模式平面図、図１４は第２の変形例の半導体装置の概略構成を示す模式平面図である。なお、図１３及び図１４は、半導体チップ及び弾性体を封止する絶縁体は省略して示している。
【００８０】
前記実施例の半導体装置では、図１に示したように、前記エラストマー３の短辺方向にモイスチャベント部３０１を設け、前記絶縁体５の表面に露出させたが、これに限らず、例えば、図１３に示すように、前記モイスチャベント部３０１を設けずに、前記エラストマー３の短辺３Ｂ全体が前記絶縁基板１の短辺まで達して前記絶縁体５の表面に露出するようにしてもよい。この場合、図１に示した半導体装置に比べ、前記エラストマー３の露出面積が広くなるため、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３を封止した後で、前記エラストマー３に取り込まれた水分を放出させる際の放出効率が向上する。
【００８１】
また、図１及び図１３に示した半導体装置では、前記エラストマー３の短辺方向を前記絶縁体５の表面に露出させているが、この他に、例えば、図１４に示すように、前記エラストマー３の長辺方向に前記モイスチャベント部３０１を設け、前記絶縁体５の表面に露出させてもよい。この場合も、前記エラストマー３の一部（モイスチャベント部３０１）を絶縁体５の表面に露出させることにより、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３を封止した後で、前記エラストマー３に取り込まれた水分を放出させることができ、前記実施例の半導体装置と同様に、装置の信頼性が向上する。また、図では示していないが、前記エラストマー３の長辺全体が前記絶縁体５の表面に露出するようにしてもよいことや、前記エラストマー３の４辺全て、あるいは所定の辺に前記モイスチャベント部３０１を設けて前記絶縁体５の表面に露出させてもよいことは言うまでもない。
【００８２】
図１５及び図１６は、前記実施例の半導体装置の他の変形例を説明するための模式図であり、図１５は第３の変形例の半導体装置の概略構成を示す模式平面図、図１６（ａ）は図１５のＦ−Ｆ’線での模式断面図、図１６（ｂ）は図１５の右側面図である。
【００８３】
前記実施例の半導体装置では、前記エラストマー３を介在させて前記配線板（インターポーザ）上に実装する半導体チップとして、例えば、ＤＲＡＭのようなセンターパッド型の半導体チップを用いているが、これに限らず、例えば、図１５及び図１６（ａ）に示すように、回路が形成されたシリコン基板の長辺側の短部に沿って外部端子４０１が設けられた周辺パッド型の半導体チップ４を用いてもよい。
【００８４】
図１５及び図１６（ａ）に示した半導体装置を製造する工程は、前記実施例で説明した製造方法と同様であり、まず、ポリイミドテープなどの前記絶縁基板１にボンディング用の開口部１Ａ及びビア穴１Ｂを形成し、前記絶縁基板１の表面に前記導体配線２を形成した配線板（インターポーザ）を準備し、前記配線板上に、前記絶縁基板１のパッケージ領域の外側に突出する突起部３０１を有するエラストマー３を介在させて半導体チップ４を接着し、前記配線導体２と前記半導体チップの外部端子４０１を接続した後、金型を用いたトランスファモールドにより、前記半導体チップ４及び前記エラストマー３の周囲、ならびに前記配線導体２と前記半導体チップの外部端子４０１の接続部を絶縁体５で封止し、前記絶縁基板１のビア穴１Ｂにボール端子６を接続し、前記配線板の所定領域（パッケージ領域）を切り出して個片化する。
【００８５】
この場合も、図１５及び図１６（ｂ）に示すように、前記エラストマー３の短辺にモイスチャベント部３０１を設けて前記絶縁体５の表面に露出させることにより、前記半導体チップ及び前記エラストマー３を封止した後で、前記エラストマー３に取り込まれた水分を放出させることができ、前記実施例の半導体装置と同様に、装置の信頼性を向上させることができる。
【００８６】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることはもちろんである。
【００８７】
【発明の効果】
本発明において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００８８】
（１）配線板（インターポーザ）上に弾性体（エラストマー）を介在させて半導体チップを実装し、前記半導体チップの周囲を絶縁体で封止した半導体装置において、装置の信頼性の低下を防ぐことができる。
【００８９】
（２）配線板（インターポーザ）上に弾性体（エラストマー）を介在させて半導体チップを実装し、前記半導体チップの周囲を絶縁体で封止した半導体装置において、前記半導体チップあるいは前記配線板の剥離による不良を低減することができる。
【００９０】
（３）配線板（インターポーザ）上に弾性体（エラストマー）を介在させて半導体チップを実装し、前記半導体チップの周囲を絶縁体で封止した半導体装置において、電気的特性の劣化を低減することが可能な技術を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図であり、半導体装置の平面図である。
【図２】本実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図であり、図２（ａ）は図１に示した半導体装置のＡ−Ａ’線での断面図、図２（ｂ）は図１に示した半導体装置の右側面図である。
【図３】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、半導体装置に用いる配線板（インターポーザ）の概略構成を示す平面図である。
【図４】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、弾性体を接着した後の配線板の概略構成を示す平面図である。
【図５】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、半導体チップを接着した後の配線板の概略構成を示す平面図である。
【図６】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、封止工程での平面図である。
【図７】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図７（ａ）は図６のＢ−Ｂ’線での断面図、図７（ｂ）は図６のＣ−Ｃ’線での断面図である。
【図８】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図６のＤ−Ｄ’線での断面図である。
【図９】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、封止工程後の配線板の概略構成を示す平面図である。
【図１０】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図１０（ａ）はボール端子を接続した後の断面図、図１０（ｂ）は個片化工程における図６のＤ−Ｄ’線での断面に相当する断面図である。
【図１１】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図１１（ａ）は個片化工程における図６のＢ−Ｂ’線での断面に相当する断面図、図１１（ｂ）は個片化工程における図６のＣ−Ｃ’線での断面に相当する断面図である。
【図１２】本実施例の半導体装置の作用効果を説明するための模式図であり、図１２（ａ）は本実施例の半導体装置を実装したときの正面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＥ−Ｅ’線での断面図である。
【図１３】前記実施例の半導体装置の変形例を示す模式図であり、第１の変形例の半導体装置の概略構成を示す平面図である。
【図１４】前記実施例の半導体装置の変形例を示す模式図であり、第２の変形例の半導体装置の概略構成を示す平面図である。
【図１５】前記実施例の半導体装置の他の変形例を示す模式図であり、第３の変形例の半導体装置の概略構成を示す平面図である。
【図１６】前記実施例の半導体装置の第３の変形例を示す模式図であり、図１６（ａ）は図１５のＦ−Ｆ’線での断面図、図１６（ｂ）は図１５の右側面図である。
【図１７】従来の半導体装置の概略構成を示す模式平面図である。
【図１８】従来の半導体装置の概略構成を示す模式図であり、図１７のＧ−Ｇ’線での断面図である。
【図１９】従来の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図１９（ａ）、図１９（ｂ）、図１９（ｃ）、図１９（ｄ）はそれぞれ各工程における断面図である。
【図２０】従来の半導体装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図２１】従来の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）はそれぞれ、半導体チップを封止する工程の断面図である。
【符号の説明】
１  絶縁基板
１Ａ  ボンディング用の開口部
１Ｂ  ビア穴
１Ｃ  パッケージ領域
２  導体配線
３  弾性体（エラストマー）
３０１  弾性体の突起部（モイスチャベント部）
３Ａ  弾性体の開口部
３Ｂ  弾性体の短辺
４  半導体チップ
４０１  半導体チップの外部端子
５  絶縁体
６  ボール端子
７  上型
７０１  ゲート
７０２  キャビティ
７０３  エアベント
７０４  ポット
８  下型
９  カッター
１０  プランジャ
【図１】
0004103342.tif 000002
【図２】
0004103342.tif 000003
【図３】
0004103342.tif 000004
【図４】
0004103342.tif 000005
【図５】
0004103342.tif 000006
【図６】
0004103342.tif 000007
【図７】
0004103342.tif 000008
【図８】
0004103342.tif 000009
【図９】
0004103342.tif 000010
【図１０】
0004103342.tif 000011
【図１１】
0004103342.tif 000012
【図１２】
0004103342.tif 000013
【図１３】
0004103342.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004103342.tif 000016
【図１６】
0004103342.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0004103342.tif 000019
【図１９】
0004103342.tif 000020
【図２０】
0004103342.tif 000021
【図２１】
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