(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と半導体チップを備えるプラスチック・ボールグリッドアレイであって、
半導体チップは回路基板の一方の面に搭載し、回路基板の一方の面に接着剤を用いて半導体チップを搭載するためのダイアタッチパターンと、半導体チップの電極とボンディングワイヤで接続する接続電極とを有し、
回路基板の他方の面にマザーボードと接続するための半田バンプを設けるパッド電極を有し、
回路基板は接続電極とパッド電極とを電気的に接続するためのスルーホールと、又は更に半導体チップの搭載面内に設け半導体チップの発熱を放散するためのサーマルビアホールとを有し、
回路基板の接続電極とこの接続電極に接続するボンディングワイヤとを被覆するように熱可塑性ポリエーテルアミドを塗布し加熱乾燥させた膜と、該膜の形成後に半導体チップとボンディングワイヤとを被覆するように設けた封止樹脂とを有する
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回路基板に半導体チップを実装し、その半導体チップを樹脂封止してなる半導体装置に関するもので、さらに詳しくは、半田バンプ付き半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子回路の高機能化に伴い、多数の電極端子を有する半導体装置が開発されている。その代表的なものとして、表面実装形多端子パッケージであるプラスチック・ボールグリッドアレイ（Plastic Ball Grid Array ：以下ＰＢＧＡと記載する）がある。
【０００３】
図７は従来技術のＰＢＧＡを示す断面図であり、図８は従来技術のＰＢＧＡを示す平面図である。以下に、図７および図８を用いて、従来技術のＰＢＧＡの構造について説明する。
【０００４】
図７および図８に示すように、半導体チップ２９は、回路基板２５上面のダイアタッチパターン１７の上に、接着剤２７を用いて固定されている。
回路基板２５は、樹脂基板１１の上下両面に厚さ１８μｍの銅箔をエッチングして形成されたパターンを有し、そのパターンがソルダーレジスト２３によって覆われている。
【０００５】
このダイアタッチパターン１７は、回路基板２５の中央に位置し、半導体チップ２９の電源グランドと、半導体チップ２９の発熱を放散させる役割を兼ねている。
【０００６】
ダイアタッチパターン１７の領域内には、サーマルビアホール１５が複数個設けられている。サーマルビアホール１５は、ダイアタッチパターン１７で受けた半導体チップ２９の熱を回路基板２５の下面側へ逃がす役割と、ダイアタッチパターン１７と回路基板２５の下面側のパッド電極２１とを電気的に接続する役割とを兼ねている。
【０００７】
半導体チップ２９の電極と回路基板２５上の接続電極１９は、ボンディングワイヤ３１で電気的に接続されている。
このときボンディングワイヤ３１は、電気特性が良好で、かつ接続電極１９との密着性が良好な、直径０．０３ｍｍ前後の金線が、用いられる。
【０００８】
接続電極１９とパッド電極２１は、スルーホール１３を介して、電気的に接続されている。
【０００９】
半導体チップ２９およびボンディングワイヤ３１は、遮蔽と保護のため、封止樹脂３３で樹脂封止される。
封止樹脂３３は、熱硬化性樹脂のエポキシ系樹脂が用いられている。
【００１０】
さらに、回路基板２５の下面側のパッド電極２１には、半田バンプ３５を有する。半田バンプ３５には、すずと鉛の比率が約６：４の組成の半田を用いる。
なお半田バンプ３５は、図示しないＰＢＧＡ４１を実装するマザーボード基板の電極パターン上に実装される。よってＰＢＧＡ４１とマザーボード基板が電気的に接続される。
【００１１】
つぎに回路基板２５の製造方法を説明する。図９〜図１２は、従来技術の回路基板２５の製造工程を示す図である。
図９から図１１は、従来技術の回路基板２５の製造工程を示す要部断面図であり、図１２は、従来技術の回路基板２５の製造工程を示す平面図である。
【００１２】
図９に記すように、樹脂基板１１は四角形で板厚が０．２ｍｍ程度のビスマレミイミド―トリアジン系樹脂からなり、その上下両面に厚さ１８μｍ程度の銅箔が設けられている。その樹脂基板１１には、複数のスルーホール１３と半導体チップ２９の放熱のためのサーマルビアホール１５が、切削ドリル加工によって設けられる。
スルーホール１３とサーマルビアホール１５との壁面を含む基板面を洗浄した後、樹脂基板１１の全表面には、無電解銅メッキおよび電解銅メッキにより銅メッキ層４５が設けられる。その銅メッキ層４５はスルーホール１３とサーマルビアホール１５の内まで施される。
【００１３】
つぎに樹脂基板１１の上下両面に感光性ドライフィルム（図示せず）を張り付け、露光現像してエッチングレジスト膜を形成させる。
その後、エッチング液を樹脂基板１１の上下両面に吹き付け、エッチングレジスト膜のない露出した銅メッキ層を除去する。このエッチング後、残ったエッチングレジスト膜を除去する。
この工程によって、図１０および図１２に示すように、樹脂基板１１の上面側には、半導体チップ２９のダイアタッチパターン１７およびワイヤーボンディング用の接続電極１９を、下面側には半田バンプを形成するためのパッド電極２１が設けられる。なおダイアタッチパターン１７とパッド電極２１は、サーマルビアホール１５を介して、また接続電極１９とパッド電極２１はスルーホール１３を介して接続されている。
【００１４】
さらに、樹脂基板１１の銅メッキ層４５の両面にメッキレジストをラミネートし、露光現像を行うことによって、ソルダーレジスト２３を設け、ダイアタッチパターン１７、接続電極１９、パッド電極２１には、ソルダーレジスト２３の開口部を設ける。
【００１５】
つぎに図１１に示すように、樹脂基板１１の上下両面のソルダーレジスト２３から露出している電極の銅メッキ層の表面に、２μｍ〜５μｍ程度のニッケルメッキ層４７を設ける。
【００１６】
最後にニッケルメッキ層４７の上にボンディングワイヤーと導通性の優れた厚さ０．３μｍ〜０．７μｍ程度の金メッキ層４９を設ける。
これで図１２に示すように、回路基板２５が完成される。
【００１７】
つぎに以上説明したＰＢＧＡ構造を得るための製造方法を、図７と図８を用いて説明する。
【００１８】
回路基板２５のダイアタッチパターン１７の上に、接着剤２７を塗布し、その上に半導体チップ２９をのせ、接着剤２７が硬化するまで乾燥させる。これで半導体チップ２９は、回路基板２５上に固定される。
【００１９】
つぎに半導体チップ２９の電極と、回路基板２５上の接続電極１９をボンディングワイヤ３１で電気的に接続する。
【００２０】
つぎに半導体チップ２９およびボンディングワイヤ３１は、封止樹脂３３で、トランスファモールドにより封止される。
【００２１】
つぎに回路基板２５の下面側のパッド電極２１に、直径０．６ｍｍから０．８ｍｍの半田ボールを供給し、加熱炉で加熱することによって、半田バンプ３５が設けられる。これでＰＢＧＡ４１が完成する。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＢＧＡは、表面実装可能で半田バンプのピッチを微細化せずに多ピンに対応でき、一括加熱による実装のため、高歩留まりであるという利点がある。
【００２３】
しかし前述した従来技術におけるＰＢＧＡには、以下に記載するような問題点がある。
一般にＰＢＧＡ４１は保管中に程度の差はあれ、回路基板２５、封止樹脂３３より吸湿する。この状態でＰＢＧＡ４１をマザーボード基板に実装するために、加熱炉で加熱すると、吸湿した水分が気化膨張し、応力が発生する。
この応力によって、密着力の弱い回路基板２５上の接続電極１９と、封止樹脂３３との界面で剥離が発生する。
【００２４】
接続電極の表面は、金メッキ処理が施されており、金は不活性金属であり、封止樹脂であるエポキシ系樹脂との密着力は非常に小さいため、剥離が発生する。
【００２５】
この剥離によってボンディングワイヤ３１の切れや、接合部からの剥離が発生し、半導体装置の信頼性を損なってきた。
【００２６】
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記の課題を解決して、ＰＢＧＡが吸湿した状態で加熱しても、回路基板上の接続電極と封止樹脂との界面で剥離せず、信頼性の高い半導体装置を提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における半導体装置は、下記記載の構成を採用する。
【００２８】
本発明の半導体装置は、回路基板と半導体チップを備えるプラスチック・ボールグリッドアレイであって、
半導体チップは回路基板の一方の面に搭載し、回路基板の一方の面に接着剤を用いて半導体チップを搭載するためのダイアタッチパターンと、半導体チップの電極とボンディングワイヤで接続する接続電極とを有し、
回路基板の他方の面にマザーボードと接続するための半田バンプを設けるパッド電極を有し、
回路基板は接続電極とパッド電極とを電気的に接続するためのスルーホールと、又は更に半導体チップの搭載面内に設け半導体チップの発熱を放散するためのサーマルビアホールとを有し、
回路基板の接続電極とこの接続電極に接続するボンディングワイヤとを被覆するように熱可塑性ポリエーテルアミドを塗布し加熱乾燥させた膜と、該膜の形成後に半導体チップ
とボンディングワイヤとを被覆するように設けた封止樹脂とを有する
ことを特徴とするものである。
【００３２】
〔作用〕
本発明の半導体装置において、接続電極とこの接続電極に接続するボンディングワイヤが、熱可塑性樹脂で被覆されている。
【００３３】
本発明の半導体装置において、接続電極とこの接続電極に接続するボンディングワイヤが、熱可塑性ポリエーテルアミドで被覆されている。
【００３４】
接続電極の表面は、金メッキ処理が施されている。金メッキが施されている理由は、腐食防止のためで、さらには電気特性が優れているためである。しかし金は不活性金属であり、封止樹脂であるエポキシ系樹脂との密着力は、非常に小さい。
【００３５】
そこで本発明では、接続電極とこの接続電極に接続するボンディングワイヤを被覆するように、熱可塑性樹脂が塗布されている。
【００３６】
そこで本発明では、接続電極とこの接続電極に接続するボンディングワイヤを被覆するように、熱可塑性ポリエーテルアミドが塗布されている。
【００３７】
熱可塑性樹脂は、金属との密着力が大きく、金との密着力も大きい。
【００３８】
熱可塑性ポリエーテルアミドは、可撓性があり、外部からの応力に対する緩和性が高い。また熱可塑性ポリエーテルアミドは、耐湿性に優れている。
【００３９】
接続電極が、熱可塑性樹脂で被覆されることより、接続電極と封止樹脂の密着強度が強まり、ＰＢＧＡが吸湿した状態で加熱しても、接続電極と封止樹脂の界面で剥離することはない。
【００４０】
接続電極が、熱可塑性ポリエーテルアミドで被覆されることより、接続電極と封止樹脂の密着強度が強まり、ＰＢＧＡが吸湿した状態で加熱しても、接続電極と封止樹脂の界面で剥離することはない。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明のＰＢＧＡを実施するための最適な形態について説明する。図１は、本発明の実施形態におけるＰＢＧＡの断面図である。図２は、本発明の実施形態におけるＰＢＧＡの平面図である。図１および図２を用いて、本発明のＰＢＧＡの構造について説明する。図において、従来技術と同一部材は同一符号で示す。
【００４２】
半導体チップ２９は、回路基板２５上面の中央に配置されているダイアタッチパターン１７の上に、接着剤２７を用いて固定されている。接着剤２７の層厚は６０μｍである。接着剤２７には、エポキシ系の導電性ペーストが用いられる。
【００４３】
回路基板２５は、樹脂基板１１の上下両面に厚さ１８μｍの銅箔をエッチングして形成されたパターンを有し、そのパターンがソルダーレジスト２３によって覆われている。
このパターンのうち、ダイアタッチパターン１７と、接続電極１９と、パッド電極２１の部分は、ソルダーレジスト２３が開口している。このためダイアタッチパターン１７と、接続電極１９と、パッド電極２１は、ソルダーレジスト２３より露出している。
これらの膜構成は、１８μｍの銅箔上に５μｍから１５μｍのニッケルメッキ層を有し、さらにその上に０．３μｍから０．７μｍの金メッキを有する。
【００４４】
樹脂基板１１は、板厚０．２ｍｍから０．４ｍｍのビスマレイミド―トリアジン系樹脂が用いられる。
ソルダーレジスト２３は、膜厚７５μｍのアクリル系樹脂が用いられる。
【００４５】
樹脂基板１１には、三菱瓦斯化学株式会社のＣＣＬ−８３２（商品名）が、ソルダーレジスト２３には、日立化成工業株式会社のＳＲ２３００Ｇ（商品名）が用いられる。
【００４６】
ダイアタッチパターン１７の表面は、金メッキ処理が施されている。金メッキが施されている理由は、腐食防止のためで、さらには電気特性が優れているためである。
しかし金は不活性金属であり、接着剤２７の主成分エポキシ系樹脂との密着力は、非常に小さい。
【００４７】
ダイアタッチパターン１７と接着剤２７の密着強度を少しでも高めるために、ダイアタッチパターン１７の面積を減少させ、接着剤２７と樹脂基板１１の接触面積を大きくしている。
このために、ダイアタッチパターンの形状としては、図２に示すような形状を採用している。
【００４８】
ダイアタッチパターン１７は、半導体チップ２９の電源グランドと、半導体チップ２９の発熱を放散させる役割を兼ねている。
【００４９】
ダイアタッチパターン１７の領域内には、直径０．３ｍｍのサーマルビアホール１５が複数個設けられている。サーマルビアホール１５内は、銅メッキが施され、回路基板２５の上下面が電気的に接続されている。
サーマルビアホール１５は、ダイアタッチパターン１７で受けた半導体チップ２９の熱を回路基板２５の下面側へ逃がす役割と、ダイアタッチパターン１７と回路基板２５の下面側のパット電極２１とを電気的に接続する役割とを兼ねている。
【００５０】
サーマルビアホール１５は、半導体チップ２９の放熱効率を高めるため、半導体チップ２９の搭載した面内に設けることが望ましい。
【００５１】
半導体チップ２９の電極と回路基板２５上の接続電極１９は、ボンディングワイヤ３１で電気的に接続されている。このときボンディングワイヤ３１は、直径０．０３ｍｍ前後の金線が用いられる。
金線が用いられる理由は、金は展延性が大きくて断線しにくく、不活性で安定しているため、腐食しない。さらに、大気中でも酸化することなく容易に真球ができるため、生産性に優れているからである。
【００５２】
接続電極１９とパッド電極２１は、直径０．３ｍｍのスルーホール１３を介して、電気的に接続されている。
【００５３】
スルーホール１３は、接続電極１９よりパターンが引き回され、回路基板２５の外周に位置している。
【００５４】
スルーホール１３内は、銅メッキが施され、スルーホール１３の上下面が電気的に接続されている。
【００５５】
接続電極１９とこの接続電極１９に接続するボンディングワイヤ３１を被覆するように、熱可塑性ポリエーテルアミド３７が塗布されている。
この熱可塑性ポリエーテルアミド３７としては、日立化成工業株式会社のＨＬ―１２００（商品名）が用いられる。
【００５６】
熱可塑性ポリエーテルアミド３７の形成膜厚は、１０μｍ〜２０μｍであり、接続電極１９の金メッキ部をすべて覆うように塗布する。
また熱可塑性ポリエーテルアミド３７の成形膜は、接続電極１９をひとつひとつ断片的に塗布しても、接続電極１９をすべてつなげるように連続的に塗布してもよい。
【００５７】
半導体チップ２９およびボンディングワイヤ３１は、遮蔽と保護のために、封止樹脂３３で樹脂封止される。封止樹脂３３は、熱硬化性樹脂のエポキシ系樹脂が用いられる。
【００５８】
さらに、回路基板２５の下面側のパッド電極２１には、半田バンプ３５を有する。半田バンプ３５は、半導体チップ２９の電極がボンディングワイヤ３１と、接続電極１９と、スルーホール１３と、パッド電極２１を通して、ＰＢＧＡ４１の外側に出た接続端子である。半田バンプ３５には、すずと鉛の比率が約６：４の組成の半田を用いる。
なお半田バンプ３５は、図示しないＰＢＧＡを実装するマザーボード基板の電極パターン上に実装される。よってＰＢＧＡとマザーボード基板が電気的に接続される。
【００５９】
つぎに本発明のＰＢＧＡ４１における回路基板２５の製造方法を説明する。図３〜図６は、本発明のＰＢＧＡ４１における回路基板２５の製造工程を示す図である。図３〜図５は、本発明のＰＢＧＡ４１における回路基板２５の製造工程を示す断面図である。そして図６は、本発明のＰＢＧＡ４１における回路基板２５の製造工程を示す平面図である。図３〜図６を用いて、回路基板２５の製造方法について説明する。
【００６０】
樹脂基板１１は四角形で板厚が０．２ｍｍから０．４ｍｍのビスマレイミド―トリアジン系樹脂よりなり、その上下両面に厚さ１８μｍ程度の銅箔を有する。
【００６１】
図３に示すように、樹脂基板１１には複数個のスルーホール１３とサーマルビアホール１５が、切削ドリル加工により設けられる。
【００６２】
スルーホール１３とサーマルビアホール１５との壁面を含む基板面を洗浄後、樹脂基板１１の全表面には、無電解銅メッキおよび電解銅メッキにより厚さ１２μｍ〜２２μｍの銅メッキ層４５を設ける。
銅メッキ層４５は、スルーホール１３とサーマルビアホール１５の開口内面にも形成される。このときのメッキ処理条件は、電流密度が５７．８Ａ／ｄｍ2 である。
【００６３】
つぎに樹脂基板１１の上下両面に感光性ドライフィルムを張り付け、露光現像してエッチングレジスト膜を形成させる。
その後、一般的なエッチング液である塩化第二銅を樹脂基板１１の上下両面に吹き付け、エッチングレジスト膜のない露出した銅メッキ層を除去する。
この工程によって、図４に示すように、樹脂基板１１の上面側には、半導体チップ２９のダイアタッチパターン１７およびワイヤーボンディング用の接続電極１９を、下面側には半田バンプを形成するためのパット電極２１が形成される。なおダイパターン１７とパッド電極２１は、サーマルビアホール１５の開口面内の銅メッキ層４５を介して、また接続電極１９とパット電極２１はスルーホール１３の開口面内の銅メッキ層４５を介して接続されている。
【００６４】
さらに、樹脂基板１１の銅メッキ層４５の両面にメッキレジストをラミネートし、露光現像を行うことによって、ソルダーレジスト２３を設け、ダイアタッチパターン１７、接続電極１９、パット電極２１には、図６に示すようにソルダーレジスト２３の開口部を設ける。
【００６５】
つぎに図５に示すように、樹脂基板１１の上下両面の露出している電極の銅メッキ層４５の表面に、厚さ５〜１５μｍ程度のニッケルメッキ層４７を設ける。
このときのメッキ処理条件は、電流密度が１．０Ａ／ｄｍ2 である。
【００６６】
最後に図５に示すように、ニッケルメッキ層４７の上にボンディングワイヤーと導通性の優れた厚さ０．３μｍ〜０．７μｍ程度の金メッキ層４９を設ける。
このときのメッキ処理条件は、電流密度が０．１６Ａ／ｄｍ2 である。
【００６７】
これで図６に示すように、本発明のＰＢＧＡ４１における回路基板２５が、完成される。
【００６８】
つぎに本発明におけるＰＢＧＡ４１の製造方法を、図１と図２を用いて説明する。
【００６９】
回路基板２５のダイアタッチパターン１７の上に、接着剤２７を塗布し、その上に半導体チップ２９をのせ、接着剤２７が完全に硬化するまで乾燥する。
これで半導体チップ２９は、回路基板２５上に固定される。
【００７０】
つぎに半導体チップ２９上面の電極と、回路基板２５上の接続電極１９をボンディングワイヤ３１で接続する。この接続によって、半導体チップ２９と回路基板２５が電気的に接続される。
【００７１】
つぎにボンディングワイヤ３１が接続された回路基板２５上の接続電極１９の上に液状の熱可塑性ポリエーテルアミドをディスペンスによって塗布する。
これを１５０℃で３時間乾燥させると、膜が形成される。
【００７２】
つぎに半導体チップ２９およびボンディングワイヤ３１は、封止樹脂３３で封止される。
この封止方法は、封止樹脂を型の中に挿入し、加熱しながらプランジャで加圧することにより、溶融した封止樹脂がランナを通って型の所要部に供給され、形成されるトランスファモールドで行う。
【００７３】
つぎに回路基板２５の下面側に半田バンプ３５を設ける。回路基板２５の下面側のパット電極２１上に、半田ぬれ性を良くするためにフラックス液を塗布し、そのパット電極２１上に直径０．６〜０．８ｍｍの半田ボールを供給する。その後加熱炉で、約２２０〜２３０℃の温度で加熱することにより、半田ボールがパット電極２１上に接合され、半田バンプ３５が設けられる。
このときフラックス液は、ロジン系の材料で構成し、半田ボールはすずと鉛が約６：４の組成の半田を使用する。
【００７４】
最後に回路基板２５の下面側に残ったフラックス液を、アルコール系の洗浄液で洗浄し、ＰＢＧＡ４１が完成する。
【００７５】
本発明において、接続電極は半導体チップの電極とボンディングワイヤで接続後、熱可塑性ポリエーテルアミドで被覆されている。
【００７６】
接続電極の表面は、金メッキ処理が施されている。金は不活性金属であり、封止樹脂であるエポキシ系樹脂との密着力は、非常に小さい。
【００７７】
そこで、接続電極が半導体チップの電極とボンディングワイヤで接続後、接続電極の表面に熱可塑性ポリエーテルアミドを塗布する。
【００７８】
熱可塑性ポリエーテルアミドは、可撓性があり、外部からの応力に対する緩和性が高い。また熱可塑性ポリエーテルアミドは、耐湿性に優れている。
【００７９】
熱可塑性樹脂は、金属との密着大きく、金との密着力も大きい。
【００８０】
接続電極が、熱可塑性ポリエーテルアミドで皮膜されることより、接続電極と封止樹脂の密着強度が強まり、ＰＢＧＡが吸湿した状態で加熱しても、接続電極と封止樹脂の界面で剥離することはない。
【００８１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明においては、回路基板の接続電極は、半導体チップの電極とボンディングワイヤで接続後、熱可塑性ポリエーテルアミドで被覆されている。
【００８２】
したがって、従来技術の半導体装置と異なり、ＰＢＧＡが吸湿した状態で加熱しても、接続電極と封止樹脂の界面で剥離することなく、信頼性の高い半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態における半導体装置を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態における回路基板構造を得るための製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態における回路基板構造を得るための製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態における回路基板構造を得るための製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態における回路基板構造を得るための製造工程を示す平面図である。
【図７】従来技術における半導体装置を示す断面図である。
【図８】従来技術における半導体装置を示す平面図である。
【図９】従来技術における回路基板構造を得るための製造工程を示す断面図である。
【図１０】従来技術における回路基板構造を得るための製造工程を示す断面図である。
【図１１】従来技術における回路基板構造を得るための製造工程を示す断面図である。
【図１２】従来技術における回路基板構造を得るための製造工程を示す平面図である。
【符号の説明】
２５  回路基板
２９  半導体チップ
３１  ボンディングワイヤ
３７  熱可塑性ポリエーテルアミド
４１  ＰＢＧＡ
【図１】
0003768653.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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