(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア用基板と、該キャリア用基板の表面側にフェースダウンボンディングされる半導体素子と、該半導体素子の電極が前記キャリア用基板の側壁を経て該基板の裏面側に電気的に導出される外部接続端子とからなり、前記キャリア用基板の裏面に凹部が設けられ、該凹部内に前記外部接続端子とは電気的に独立してメタライズ部が形成されてなるＬＣＣ構造の半導体装置において、
前記キャリア用基板が上層基板と下層基板の２層構造を有し、前記キャリア用基板の裏面側である前記下層基板の中央部にスルーホールが設けられ、前記キャリア用基板の表面側である前記上層基板により前記スルーホールが閉塞されるように貼着されることにより、前記キャリア用基板に前記凹部が形成されてなるＬＣＣ構造の半導体装置。
【請求項２】
キャリア用基板と、該キャリア用基板の表面側にフェースダウンボンディングされる半導体素子と、該半導体素子の電極が前記キャリア用基板の側壁を経て該基板の裏面側に電気的に導出される外部接続端子とからなり、前記キャリア用基板の裏面に凹部が設けられ、該凹部内に前記外部接続端子とは電気的に独立してメタライズ部が形成されてなるＬＣＣ構造の半導体装置において、
前記凹部に導通する通気孔が前記キャリア用基板に設けられてなるＬＣＣ構造の半導体装置。
【請求項３】
前記凹部に導通する通気孔が前記キャリア用基板に設けられてなる請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体装置が実装基板にマウントされる際に、前記メタライズ部分がアース配線と接続され得る請求項１、２または３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】
本発明は、半導体素子がキャリア用基板にボンディングされ、キャリア用基板に設けられたランド用パターンにより直接実装基板にマウントすることができる、ＬＣＣ（Leadless Chip Carrier）構造の半導体装置に関する。さらに詳しくは、キャリア用基板のハンダ付け面の面積を大きくし、ハンダ付け強度を向上すると共に、基板の背面側からの熱放散を向上させて実装後の信頼性を向上させることができるＬＣＣ構造の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリードレスチップキャリア（ＬＣＣ）構造の半導体装置は、たとえば図２に実装基板２１に実装した状態の断面説明図が示されるような構造になっている。すなわち、図２において、半導体素子（チップ）１１の各電極に設けられた金属バンプ１２が、キャリア用基板１３の第１層基板１３ａに設けられている導電パターン１４と電気的に接続されるようにボンディングされている。キャリア用基板１３は、その裏面側に第２層基板１３ｂが貼着されており、前述の導電パターン１４と電気的に接続するようにその側面から裏面にかけて側面ランドパターン（外部接続端子）１５が設けられている。そして、半導体素子１１側はコート樹脂１７により被覆されることにより形成されている。なお、１６はアンダーフィル樹脂である。
【０００３】
このＬＣＣ構造の半導体装置は、図２に示されるように、実装基板２１の配線パターン２２に、前述の外部接続端子１５が電気的に接続されるように、ハンダ３０により接合されることにより、簡単に実装される。
【０００４】
このようなキャリア用基板１３の側面のみを主体としたハンダ付けによる実装では、キャリア用基板１３と実装用基板２１との熱膨張係数差などに基づき、信頼性試験の温度衝撃によりハンダ３０部分にクラックが入り、信頼性が欠けるという問題がある。
【０００５】
このようなハンダ付け性の強度を向上させるため、図３に示されるように、キャリア用基板１３の裏面に外部電極端子とは関係のないランド１８ａが形成され、そのランド１８ａ部分も実装基板２１に設けられるランドパターン２３にハンダ３１によりハンダ付けされ得る構造のものも用いられている。図３において、図２と同じ部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の図３に示されるように、キャリア用基板１３の裏面にランド１８ａが設けられる構造にしても、その部分のハンダ量を正確に制御しないと、強度の得られるハンダ付けをすることができない。すなわち、ハンダ量が少なすぎると、部分的にしか共晶結合が得られず、ハンダ強度が上がらず実装の信頼性が向上しない。また、ハンダ量が多すぎると、ハンダのはみ出しによるハンダブリッジ不良や、ハンダリフロー後に半導体装置が浮き上がり、外部接続端子の電気的接続が不良になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、実装基板に搭載する際に、信頼性試験に対してもハンダ付け強度が充分に得られ、かつ、ハンダブリッジによるショート不良や接続不良などが生じないで、外部接続端子の電気的接続を確実にすることができるＬＣＣ構造の半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＬＣＣ構造の半導体装置は、キャリア用基板と、該キャリア用基板の表面側にフェースダウンボンディングされる半導体素子と、該半導体素子の電極が前記キャリア用基板の側壁を経て該基板の裏面側に電気的に導出される外部接続端子とからなり、前記キャリア用基板の裏面に凹部が設けられ、該凹部内に前記外部接続端子とは電気的に独立してメタライズ部が形成されている。
【０００９】
ここにＬＣＣ構造の半導体装置とは、リードレスチップキャリア構造で、半導体素子（チップ）をキャリア用基板にフェースダウンでダイボンディングすることにより、半導体チップの各電極が、キャリア用基板に設けられたランドパターンによりキャリア用基板の側面から裏面にかけて外部接続端子として導出され、その外部接続端子を直接実装基板などにハンダ付けすることにより実装することができる構造の半導体装置を意味する。
【００１２】
前記キャリア用基板が上層基板と下層基板の２層構造を有し、前記キャリア用基板の裏面側である前記下層基板の中央部にスルーホールが設けられ、前記キャリア用基板の表面側である前記上層基板により前記スルーホールが閉塞されるように貼着されることにより、前記キャリア用基板に前記凹部が形成され、簡単にキャリア用基板の裏面側に凹部を形成することができる。
【００１３】
前記凹部に導通する通気孔が前記キャリア用基板に設けられていることが、凹部内にハンダが吸い込まれやすいため好ましい。さらに、密閉されることによりボイドが形成され、リフロー時に水蒸気爆発するのを防ぐことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明のＬＣＣ構造の半導体装置について説明をする。本発明によるＬＣＣ構造の半導体装置は、図１にその断面説明図が示されるように、キャリア用基板２１の表面側に、半導体素子（チップ）１１がフェースダウンボンディングされている。この半導体素子１１の電極は、その表面に設けられた金属バンプ１２により、キャリア用基板１３の表面側の導電パターン１４を介して、キャリア用基板１３の側壁を経てその裏面側に電気的に導出される外部接続端子１５に接続され、実装基板２１などにマウントできる構造になっている。本発明では、キャリア用基板１３の裏面（半導体素子１１が設けられる面と反対側の面）に凹部１９が設けられ、その凹部１９内に外部接続端子１５とは電気的に独立してメタライズ部１８が形成されていることに特徴がある。
【００１５】
半導体素子１１は、通常の半導体集積回路（ＩＣ）が形成されたベアチップで、表面の各電極端子には金属バンプ１２が設けられている。その結果、前述のように、半導体素子１１をフェースダウンにしてキャリア用基板１３などに直接ハンダ付けして、電極端子をキャリア用基板１３の導電パターン１４に接続することができるようになっている。
【００１６】
キャリア用基板１３は、図１に示される例では、第１層基板１３ａと第２層基板１３ｂとからなっている。このキャリア用基板１３は、たとえばアルミナなどからなる絶縁基板に、導電ペーストなどにより導電パターン１４が形成された第１層基板１３ａと、導電パターン１４と電気的に接続されるように電極端子とする側面ランドパターンが形成された第２層基板１３ｂとが、たとえばラミネート工法などにより貼着されることにより形成されている。この第２層基板１３ｂの中心部にはスルーホールが形成されており、その上面が第１層基板１３ａにより閉塞されることにより、凹部１９が形成されている。さらに、その凹部１９内の側壁および上面の露出面に導電ペーストを塗布して焼き付けるなどの方法により、メタライズ部１８が形成されている。
【００１７】
また、図には示されていないが、たとえばスルーホールの上面側の第２層基板１３ｂの表面にその端部に達する溝を形成しておいて、第１層基板１３ａを貼着し、凹部１９に通じる通気孔がキャリア用基板１３に形成されることにより、後述するハンダ付けの際にハンダの量が多すぎても、空気が逃げ充分にハンダを吸収しやすいと共に、ボイド形成によるリフロー時の水蒸気爆発を防止することができるため好ましい。
【００１８】
このキャリア用基板１３の導電パターン１４に半導体素子１１の金属バンプ１２が接続されるように、半導体素子１１がフェースダウンで載置され、フリップチップボンディングされることにより、金属バンプ１２が導電パターン１４に融着され、電気的に接続されると共に、たとえばエポキシ樹脂などからなるアンダーフィル樹脂１６により固定されている。そして、その表面全体が、たとえばエポキシ樹脂などにより被覆されてパッケージ１７が形成されることにより、図１に示されるＬＣＣ構造の半導体装置が形成されている。
【００１９】
この半導体装置を、その電極端子１５が実装基板２１の配線パターン２２と電気的に接続されるように、配線パターン２２上に塗布したハンダクリームなどの上に載置し、リフロー炉などに通すことにより、図１に示されるように、実装基板２１にハンダ３０によりハンダ付けされる。この際、実装基板２１におけるＬＣＣ構造の半導体装置の中心部に位置する部分にもランドパターン２３が形成され、その表面にハンダペーストが塗布されており、半導体装置の凹部１９内のメタライズ部１８ともハンダ３１によりハンダ付けされる。このハンダ３１は、ハンダペーストの量が多すぎると凹部１９内に埋まり、外部に漏れ出してショートすることはなく、量が少なくてもその側壁にハンダフィレットを形成し、ハンダ付けの機械的強度が充分に得られる。
【００２０】
本発明のＬＣＣ構造の半導体装置によれば、キャリア用基板の裏面に凹部が形成され、その凹部内の露出面にメタライズ部が形成されているため、実装基板に搭載する際に実装基板の凹部に対応する部分にもランドパターンを形成しておいて、ハンダペーストを塗布しておくことにより、凹部内にハンダフィレットを形成して実装基板とハンダ付けされる。
【００２１】
そのため、半導体装置と実装基板とのハンダ付け面積が増加し、信頼性試験などによる温度衝撃などに対しても、両者の熱膨張係数の差に基づくハンダクラックなどが発生するのを防止することができ、非常に堅固になる。すなわち、従来の側面のみによるハンダ付けでは、ハンダの量により、そのハンダ付けの強度が大きく変化し、充分にハンダ付けすることができない場合があるが、本発明によれば、側面のみならず、その中央部においてもハンダ付けされる。しかも、凹部が形成されているため、凹部の側壁に沿ってハンダフィレットを形成しやすく再現性よくハンダ付けされると共に、ハンダ付けのハンダペーストの量が多すぎても凹部内に溜まるだけで外部電極端子の方に流れ出してハンダブリッジが形成されることにより電極端子をショートしたり、半導体装置を持ち上げて浮きが生じることにより電極端子のオープンが生じるという問題はなくなり、ハンダペーストの量を厳密に制御しなくても非常にハンダ付けの信頼性が向上する。
【００２２】
さらに、ハンダにより充分に実装基板と接続されるため、放熱効果が大きくなり、半導体装置の寿命を向上させることができると共に、その凹部内のメタライズ部がアースと接続されるようにすることにより半導体装置を接地導体で被覆する部分が多くなり、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【００２３】
前述の例では、キャリア用基板を第１層基板と第２層基板との接合により形成したが、３層以上の接合で形成してもよく、１層基板で凹部を形成したものでもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、信頼性試験に対してもハンダ付け強度が充分に得られ、かつ、ハンダブリッジによるショート不良や接続不良などが生じないで、外部接続端子の電気的接続を確実にすることができ、ハンダ付けの信頼性が非常に向上する。さらに、放熱による半導体装置の信頼性も非常に向上する。その結果、半導体装置の実装を行うユーザーでのハンドリングが非常に容易になり、製品のコストを下げることができると共に、製品の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＬＣＣ構造半導体装置の一実施形態の断面説明図である。
【図２】従来のＬＣＣ構造半導体装置を実装基板に搭載した一例の断面説明図である。
【図３】従来のＬＣＣ構造半導体装置を実装基板に搭載した一例の断面説明図である。
【符号の説明】
１１    半導体素子
１２    金属バンプ
１３    キャリア用基板
１３ａ  第１層基板
１３ｂ  第２層基板
１４    導電パターン
１５    外部接続端子
１８    メタライズ部
１９    凹部
２１    実装基板
【図１】
0004252186.tif 000002
【図２】
0004252186.tif 000003
【図３】
0004252186.tif 000004