(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に複数の電極部が形成された半導体チップと、複数の接続端子部が上面に形成された絶縁性基板とが、上記半導体チップの上記主面と上記絶縁性基板の上記接続端子部が形成された上面との間に介在させた樹脂接着剤によって電気的および機械的に接続された半導体装置であって、
上記絶縁性基板は、上記半導体チップの周囲から延出する周縁部を有している一方、
上記半導体チップの周側面は、多孔性を有する保護樹脂によって囲まれているとともに、この保護樹脂は、上記半導体チップの周側面と、上記樹脂接着剤の周囲と、上記絶縁性基板の上記周縁部の上面とに密着状態で固着され、かつ、上記半導体チップの上記主面と反対側の面における周縁部のみに乗り上げており、
上記樹脂接着剤は、絶縁性を有する樹脂成分中に導電成分を分散させた構造を有しているとともに、上記絶縁性基板に形成された複数の接続端子部および上記半導体チップの主面に形成された複数の電極部のうちの少なくとも一方がバンプ状とされており、互いに対向配置された上記各接続端子部と上記各電極部との間に上記導電成分が介在して上記絶縁性基板と上記半導体チップとが電気的に接続されているとともに、上記樹脂成分によって上記絶縁性基板と上記半導体チップとが機械的に接続されていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
上記絶縁性基板は、ポリイミド樹脂によってフィルム状に形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
上記絶縁性基板には、上記接続端子部の数に応じた複数の貫通孔が格子状に配列形成されており、その下面に各貫通孔を介して各接続端子部とそれぞれ導通するボール状の外部端子部が複数形成されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、所定の実装対象物と半導体チップの間に介在する樹脂接着剤によって、上記実装対象物に対して上記半導体チップが機械的に接続された半導体チップの実装構造、およびこの実装構造を有するとともに絶縁性基板上に半導体チップが実装された半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、絶縁性基板上に半導体チップが実装された構造を有する半導体装置としては、図１０に示したようなものがある。同図に示した半導体装置１は、いわゆるＢＧＡ（Ball Grid Array ）と称される形態のものである。上記半導体装置１では、上記絶縁性基板２の表面側に複数の接続端子部２１が形成されているとともに、上記半導体チップの主面３ａ側に複数の電極部３０が形成されており、互いに対向配置された各接続端子部２１と各電極部３０との間が電気的に接続されている。そして、半導体チップ３と絶縁性基板２とは樹脂接着剤４を介して機械的に接続されている。また、上記絶縁性基板２には、図面上には明確に表れていないが各接続端子部２１と繋がる複数の貫通孔２０が格子状に配列形成されており、これらの貫通孔２０を介して各接続端子部２１が絶縁性基板２の裏面側に形成された複数の外部端子部９と導通している。これらの外部端子部９は、ハンダによってそれぞれボール状に形成されており、貫通孔２０の配置に対応して格子状に配列形成された恰好とされている。
【０００３】
上記のように構成された半導体装置１は、たとえば適宜の回路基板にその他の電子部品とともに実装されて所望の用途に使用される。半導体装置１では、絶縁性基板２の裏面側にボール状のハンダによって外部端子部９が形成されていることから、回路基板へ上記半導体装置１を実装する際には、回路基板上に半導体装置１を載置した状態で外部端子部９としてのボール状のハンダを再溶融させる必要がある。通常、ハンダの再溶融は、たとえば雰囲気温度が２００℃ないし３００℃程度にまで加熱された加熱炉内に半導体装置１が載置された回路基板を搬入することによって行われ、上記半導体装置１も２００℃ないし３００℃程度に加熱される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記半導体装置１では、半導体チップ３と絶縁性基板２とが樹脂接着剤４によって機械的に接続されているが、通常、樹脂接着剤４内には多少の水分が含まれており、また内部に気泡が形成されていることが多い。このため、上記半導体装置１が加熱された場合には、水分が体積膨張し、また気泡が成長してしまい、半導体チップ３と絶縁性基板２との間に応力として作用してしまう。このような応力は、半導体チップ３に作用して半導体チップ３に直接的にダメージを与える。そればかりか、半導体チップ３と絶縁性基板２とを引き離す力として作用し、半導体チップ３の電極部３０と絶縁性基板１の接続端子部２１との間が断線してしまうことがある。
【０００５】
ところで、半導体チップ３の多機能化にともない半導体チップ３の電極部３０の数が増加の傾向にある一方で、半導体チップ３それ自体は小型化の傾向にある。このため、絶縁性基板２に半導体チップ３が実装された構成の半導体装置１では、小型化を達成すべく絶縁性基板２のサイズを半導体チップ３の近づけるとともに、絶縁性基板２の表面側に形成される配線（接続用端子部２１）を微細化する必要がある。ところが、ＢＧＡとして構成された半導体装置１では、外部端子部９はボール状ハンダとして構成されており、ハンダが溶融した場合においても隣接するボール状ハンダどうしが接触しないように、一定間隔隔ててボール状ハンダ（外部端子９）を形成する必要がある。このため、形成すべき外部端子部９の数が多くなれば、絶縁性基板２を小さくするにも限界がある。また、絶縁性基板２は、半導体チップ３が実装されたキャリアテープから基板となるべき領域を切り離すことによって形成されることから、切断時に半導体チップ３にダメージを与えないように絶縁性基板２の平面視面積を半導体チップ３のそれよりも１周り大きくなるように切断するのが通常である。
【０００６】
このような事情から、図１０に示した半導体装置１のように、平面視において絶縁性基板２の周縁部２３が半導体チップ３からはみ出した恰好とされている。このため、半導体装置１を取り扱い際などに絶縁性基板２がはみ出した部分２３に外力が作用し、半導体チップ３から絶縁性基板２が剥離されてしまうといった不具合が生じる。また、上記半導体チップ３では、半導体チップ３がベアチップの状態で絶縁性基板２に実装されていることから、半導体チップ３に直接外力が作用して半導体チップ３が欠けてしまうことがある。
【０００７】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、半導体チップと絶縁性基板などの実装対象物との間の接合状態を良好に維持し、半導体チップを有効に保護するようにすることをその課題としている。
【０００８】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
すなわち、本願発明によって提供される半導体装置は、主面に複数の電極部が形成された半導体チップと、複数の接続端子部が上面に形成された絶縁性基板とが、上記半導体チップの上記主面と上記絶縁性基板の上記接続端子部が形成された上面との間に介在させた樹脂接着剤によって電気的および機械的に接続された半導体装置であって、上記絶縁性基板は、上記半導体チップの周囲から延出する周縁部を有している一方、上記半導体チップの周側面は、多孔性を有する保護樹脂によって囲まれているとともに、この保護樹脂は、上記半導体チップの周側面と、上記樹脂接着剤の周囲と、上記絶縁性基板の上記周縁部の上面とに密着状態で固着され、かつ、上記半導体チップの上記主面と反対側の面における周縁部のみに乗り上げており、上記樹脂接着剤は、絶縁性を有する樹脂成分中に導電成分を分散させた構造を有しているとともに、上記絶縁性基板に形成された複数の接続端子部および上記半導体チップの主面に形成された複数の電極部のうちの少なくとも一方がバンプ状とされており、互いに対向配置された上記各接続端子部と上記各電極部との間に上記導電成分が介在して上記絶縁性基板と上記半導体チップとが電気的に接続されているとともに、上記樹脂成分によって上記絶縁性基板と上記半導体チップとが機械的に接続されていることを特徴としている。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
上記構成においては、上記半導体チップと上記絶縁性基板との接続部分（樹脂接着剤）の周りを保護樹脂によって囲んでいるので、上記接続部分（樹脂接着剤内）に不純物が侵入してしまうことが回避されている。また、半導体チップの周側面を保護樹脂によって囲めば、半導体チップの周側面が保護されて半導体チップの外力に対する抵抗力が大きくなされている。そして、上記保護樹脂として、たとえば多孔質性を有するフェノール系の熱硬化性樹脂を含んだものが採用されるため、上記樹脂接着剤の周りを保護樹脂によって囲むことによって上記樹脂接着剤の通気性が損なわれることもない。
【００１４】
また、上記保護樹脂が上記半導体チップの上面（主面と反対側の面）の周縁部に乗り上げている。このようにすれば、半導体チップの上部における角部が保護樹脂によって覆われて保護されることになる。これにより、ベアチップの状態で半導体チップが上記実装対象物に実装されていたとしても、取り扱いの際に外力が作用しても半導体チップが欠けてしまたりすることが回避される。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
さらに、上記構成では、上記絶縁性基板に対する半導体チップの実装に、いわゆる異方性導電接着剤が採用されている。このため、上記半導体チップと上記絶縁性基板とを電気的に接続する工程と機械的に接続する工程とを別工程とすることなく、電気的接続および機械的接続を１つの工程において行うことができる。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
好ましい実施の形態においては、上記絶縁性基板には、上記接続端子部の数に応じた複数の貫通孔が格子状に配列形成されており、その下面にこれらの貫通孔を介して各接続端子部と導通するボール状の外部端子部が複数の形成されている。すなわち、いわゆるＢＧＡと称される半導体装置において、本願発明の構造を採用することもできる。
【００２３】
ＢＧＡでは、ハンダ端子部を再溶融させることによって回路基板などに半導体装置が実装されるため、この実装に際して上記樹脂接着剤も２００℃ないし３００℃程度にまで加熱される。上記半導体装置では、樹脂接着剤として多孔質性の樹脂を含んだものが使用されていることから、樹脂接着剤内の水分が体積膨張したり、あるいは気泡が成長したとしても、これらが樹脂接着剤内に残存して半導体チップや絶縁性基板に応力が作用することもない。このように、加熱により樹脂接着剤内に生じる応力によって半導体チップ自体がタメージを受け、あるいは半導体チップから絶縁性基板を剥離するような力が作用することもない。
【００２４】
ところで、半導体チップの多機能化および小型化にともない絶縁性基板に形成される配線が微細化の傾向にあり、また製造上の都合からことから、特にＢＧＡでは半導体チップよりも絶縁性基板の方が平面視面積が大きくなされるのは上述の通りである。すなわち、平面視において、半導体チップから絶縁性基板の周縁端がはみ出してしまうため、絶縁性基板が剥離するなどの不具合が生じる。これに対して本願発明の半導体装置では、上記半導体チップと上記絶縁性基板との接続部分（樹脂接着剤）の周りおよび上記半導体チップの周側面を多孔質性の樹脂を含んだ保護樹脂によって囲むような構成としているため、半導体チップから絶縁性基板の周縁端がはみ出した領域も保護樹脂によって封止され、上記はみ出し部分が半導体チップと保護樹脂を介して一体化されることとなる。このため、絶縁性基板の周縁端に外力が作用しにくくなり、これにより半導体チップから絶縁性基板が剥離してしまうことが回避される。
【００２５】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は、本願発明に係る半導体装置の一例を示す全体斜視図、図２は、上記半導体装置を裏面側からみた全体斜視図、図３は、図１のIII −III 線に沿う断面図である。なお、これらの図において、従来例を説明するために参照した図面に表されていた要素、部材および部分などと同等なものには同一の符号を付してある。また、本実施形態では、いわゆるＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）として構成された半導体装置について説明する。
【００２７】
図１ないし図３に示したように、上記半導体装置１は、半導体チップ３が絶縁性基板２上に実装され、いわゆる異方性導電接着剤４を介して上記半導体チップ３と絶縁性基板２とが機械的かつ電気的に接続された構成とされている。そして、上記半導体チップ３の周側面３ｃが保護樹脂５によって囲まれているとともに、上記絶縁性基板２の裏面側から突出して複数の外部端子部９が格子状に配列形成されている。
【００２８】
上記半導体チップ３は、ＩＣチップやＬＳＩチップなどのベアチップであり、主面３ａ側に複数の電極部３０が形成されている。これらの電極部３０は、上記半導体チップ３に一体的に造り込まれた端子パッド３０ａ上に金メッキを施すなどしてバンプ３０ｂが形成され、全体として突出状とされている。
【００２９】
上記絶縁性基板２は、たとえばポリイミド樹脂製であり、図２および図３に良く表れているように平面視矩形状とされているとともに、平面視面積が上記半導体チップ３よりも大きくなされている。このため、半導体チップ３を絶縁性基板２上に実装した状態では、絶縁性基板２の周縁部が上記半導体チップ３からはみ出した恰好とされている。また、上記絶縁性基板２には、複数の貫通孔２０が格子状に配列形成されているとともに、その上面にはさらに上記半導体チップ３の各電極部３０のそれぞれと導通する複数の接続用端子部２１が形成されている。各接続用端子部２１は、基端部が上記各電極部３０と対向しているとともに、先端部はそれぞれが対応する貫通孔２０にまで延びて各貫通孔２０の上部開口面を閉塞している。すなわち、上記絶縁性基板２の裏面側からは、各貫通孔２０を介して各接続用端子部２１の先端部が臨んでいる。そして、図３に良く表れているように上記各貫通孔２０を埋めるようにして、かつ各接続用端子部２１に接触するようにして上記各外部端子部９がそれぞれボール状に形成されている。
【００３０】
上記異方性導電接着剤４は、図３に良く表れているように熱硬化性の樹脂成分４０内にボール状とされた導電成分４１が分散した構成とされている。そして、上記半導体チップ３と上記絶縁性基板２とは、上記樹脂成分によって機械的に接続されているとともに、上記導電成分４１によって電気的に接続されている。上記樹脂成分４０は、たとえば多孔質性の樹脂としてのフェノール系樹脂を含んでおり、多孔質性の樹脂のみによって構成してもよく、また他の樹脂を含んでいてもよい。なお、本願発明でいうフェノール系樹脂には、フェノール樹脂の他、フェノール類を原料とするエポキシ樹脂などが含まれる。上記導電成分４１は、上記半導体チップ３の各電極部３０と上記絶縁性基板２の各接続用端子部２１の基端部との間に介在して各電極部３０と各接続用端子部２１とを電気的に接続している。上記導電成分としては、たとえば樹脂ボールの表面にニッケルメッキや金メッキを施すなどして導電性を付与したものが好適に採用されるが、金属ボールを導電成分４１としてもよい。
【００３１】
上記保護樹脂５は、上記絶縁性基板２の周縁部２３の上面を封止するとともに、上記半導体チップ３の周りを覆い、さらに上記半導体チップ３の上面３ｂにまで乗り上げている。すなわち、上記半導体チップ３と上記絶縁性基板２との接続部分（異方性樹脂接着剤４）の周り、および上記半導体チップ３の周側面３ｃを囲んでおり、上記絶縁性基板２の周縁部２３が半導体チップ３と保護樹脂５を介して一体化されている。なお、上記保護樹脂５としては、上記異方性導電接着剤４の樹脂成分４０と同様に、たとえば多孔質性の樹脂としてのフェノール系樹脂を含んだものが好適に採用される。
【００３２】
このように、上記半導体装置１では、半導体チップ３の周側面３ｃおよび上面３ｂにおける周縁部が上記保護樹脂５によって直接的に保護されている。このため、上記半導体装置１の取り扱い時に上記半導体チップ３に外力が作用したとしても、半導体チップ３へのダメージが小さくなるようになされている。また、上記絶縁性基板２の周縁部２３が上記保護樹脂によって上記半導体チップ３と一体化されていることから、絶縁性基板２の周縁部２３に直接的に外力が作用しにくいようになされている。これにより、絶縁性基板２の周端部２３に外力が作用して半導体チップ３から絶縁性基板２が剥離してしまうことが回避される。
【００３３】
次に、上記半導体装置１の製造方法について、図４ないし図９を参照しつつ説明するが、便宜上、上記半導体装置１の製造に使用されるキャリアテープ２Ａについて図４を参照しつつ先に説明する。
【００３４】
上記キャリアテープ２Ａは、図４に示すように全体として長手状とされており、同図に仮想線で囲んだ半導体チップ３が実装される矩形領域２５が長手方向に連続して複数設けられている。このキャリアテープ２Ａとしては、ポリイミド樹脂などお絶縁素材よって短冊状あるいは帯状に形成されたものが好適に使用される。各矩形領域２５には、複数の貫通孔２０が格子状にそれぞれ配列形成されているとともに、その上面には複数の接続用端子部２１がそれぞれ形成されている。これらの接続用端子部２１は、たとえば上記キャリアテープ２Ａの表面に銅などの金属膜を形成し、あるいは金属箔を貼着した後にエッチング処理することによって形成され、また予めパターン形成した金属箔を貼着して形成してもよい。上記各接続用端子部２１は、その先端部が各貫通孔２０の上部開口面を閉塞するとともに、基端部が半導体チップ３に形成された電極部３０に対応して形成されている。また、上記キャリアテープ２Ａの幅方向の両端部には、一定ピッチ毎に係止用穴２４が連続して形成されており、これらの係止用穴２４を利用して上記キャリアテープ２Ａを適宜の支持台などに載置した状態で搬送されるようになされている。なお、各接続用端子部２１の基端部を露出させるようにして上記各矩形領域２５を絶縁性の保護膜（図示略）によって覆ってもよい。
【００３５】
上記キャリアテープ２Ａの矩形領域２５には、図４および図５に良く表れているように上記矩形領域２５の平面視面積に略対応したシート状の異方性導電接着剤４が載置され、この異方性導電接着剤４上には、電極部３０を上記接続用端子部２１の基端部に対向させるようにして半導体チップ３が載置される。なお、異方性導電接着剤４としては、樹脂成分４０が粘液状とされたものを使用してもよい。
【００３６】
そして、上記異方性導電接着剤４を加熱するとともに、半導体チップ３をキャリアテープ２Ａに圧し付けることによって上記半導体チップ３が上記キャリアテープ２Ａに実装されて図６に示した状態とされる。上記異方性導電接着剤４の樹脂成分４０は、熱硬化性樹脂であることから、これを加熱した場合には樹脂成分４１が軟化させられる。この状態で、半導体チップ３をキャリアテープ２Ａに圧し付けた場合には、半導体チップ３の各電極部３０とキャリアテープ２Ａの各接続用端子部２１の間の樹脂成分４０が圧し退けられ、各電極部３０と各接続用端子部２１の間に導電成分４１が選択的に介在させられる。これにより、各電極部３０と各接続用端子部２１との間が電気的に接続される。なお、上記半導体チップ３を上記キャリアテープ２Ａに圧し付ける際に、超音波を付与してもよい。この場合には、各電極部３０と各接続用端子部２１との間に介在する導電成分４１が、各電極部３０および各接続用端子部２１のそれぞれと合金化し、機械的に強固で良好な電気的接続状態が得られる。さらに加熱を続ければ、一旦軟化した樹脂成分が硬化し、これにより半導体チップ３とキャリアテープ２Ａとが機械的に接続される。
【００３７】
続いて、図７に示したように、熱硬化性の保護樹脂５によって半導体チップ３とキャリアテープ２Ａの接続部分（異方性導電接着剤４）の周り、および上記半導体チップ３の周側面３ｃを囲む。この保護樹脂５としては、粘液状とされたものが好適に使用されるが、上記した異方性導電接着剤４を保護樹脂として使用してもよく、また別の樹脂を使用してもよい。もちろん、上記異方性導電接着剤４の樹脂成分を硬化させる前に上記保護樹脂５によって半導体チップ３の周りを囲んでもよい。この場合には、上記異方性導電接着剤４と同様の工程において上記保護樹脂５が硬化させられる。
【００３８】
次に、図８に示したように、上記キャリアテープ２Ａの表裏を反転させて、上記キャリアテープ２Ａの矩形領域２５に形成された各貫通孔２０に対応させてキャリアテープ２Ａの裏面側に複数の外部端子部９を格子状に配列形成する。具体的には、ハンダボール９０をハンダフラックス（図示略）とともに各貫通孔２０内に挿入し、ハンダボールを加熱して溶融させた後にこれを冷却固化することによって図９に示したようなボール状の外部端子部９がそれぞれ形成される。
【００３９】
このようにして各処理が終了した場合には、上記保護樹脂５の端縁の近傍において切断して絶縁性基板２となるべき領域を上記キャリアテープ２Ａから切り離すことによって図１ないし図３に示したような半導体装置１が得られる。
【００４０】
上記半導体装置１は、たとえば他の電子部品とともに所定の配線が形成された回路基板（図示略）上に実装されて使用される。上記半導体装置１の回路基板への実装は、上記半導体装置１の各外部端子部９を回路基板に形成された端子部に対応させて載置した後に、これを加熱炉に搬入するなどして外部端子部９（ボール状ハンダ）を再溶融させることによって実装される。このとき、外部端子部９が２００℃ないし３００℃程度にまで加熱されるが、上記異方性接着剤４も同程度の温度にまで加熱される。この際、異方性接着剤４に含まれる水分が体積膨張し、また気泡が成長してしまって異方性接着剤４内に応力が発生してしまうことが懸念される。
【００４１】
しかしながら、本実施形態では、上記異方性接着剤４の樹脂成分４０として多孔質性の樹脂を含むものが用いられており、また異方性接着剤４を囲む保護樹脂５として多孔質性の樹脂を含むものが用いられている。すなわち、異方性接着剤４および保護樹脂５としては通気性に優れる樹脂が採用されている。このため、加熱によって半導体装置１の異方性接着剤４内の水分が体積膨張し、また気泡が成長しようとしても、これらが上記異方性接着剤４の外部に排出され、さらに保護樹脂５の外部に排出されることとなる。したがって、本実施形態の半導体装置１では、上記半導体装置１を回路基板に実装する際に半導体装置１（異方性導電接着剤４）を加熱したとしても、異方性接着剤４内に応力が発生することはなく、この応力によって半導体チップ３がダメージを受けることもなく、また半導体チップ３から絶縁性基板２を引き離すような力が作用することもない。
【００４２】
なお、本実施形態においては、接着剤として樹脂成分４０内に導電成分４１が分散された異方性導電接着剤が採用されていたが、樹脂成分のみによって構成された接着剤を採用することもできる。この場合には、半導体チップ３の電極部３０と絶縁性基板２の接続用端子部２１の間の電気的な接続は、たとえばハンダなどの導電ペーストによって行われる。
【００４３】
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明に係る半導体装置の一例を示す全体斜視図である。
【図２】  上記半導体装置を裏面側からみた全体斜視図である。
【図３】  図１のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】  上記半導体装置の製造に用いられるキャリアテープの一例を表す要部斜視図である。
【図５】  上記半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】  上記半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】  上記半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】  上記半導体装置の製造方法を説明するための要部を拡大した断面図である。
【図９】  上記半導体装置の製造方法を説明するための要部を拡大した断面図である。
【図１０】  従来の半導体装置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１  半導体装置
２  絶縁性基板
３  半導体チップ
３ｃ  周側面（半導体チップの）
４  異方性導電接着剤（樹脂性接着剤としての）
５  保護樹脂
９  外部端子部
２０  貫通孔（絶縁性基板の）
２１  接続用端子部（絶縁性基板の）
３０  電極部（半導体チップの）
４０  樹脂成分（異方性導電接着剤の）
４１  導電成分（異方性導電接着剤の）
【図１】
0004086123.tif 000002
【図２】
0004086123.tif 000003
【図３】
0004086123.tif 000004
【図４】
0004086123.tif 000005
【図５】
0004086123.tif 000006
【図６】
0004086123.tif 000007
【図７】
0004086123.tif 000008
【図８】
0004086123.tif 000009
【図９】
0004086123.tif 000010
【図１０】
0004086123.tif 000011