(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを基板に接合し、樹脂で封止した半導体装置において、
基板上に形成された突起電極を備え、
前記樹脂は、基板端面と樹脂端面とが共通な面を形成するように基板面上全体に渡って封止され、かつ前記突起電極の突端よりも上側に位置するように封止されており、
前記突起電極は、基板端面を形成する基板の切断ライン上に、突起電極の切断面を基板端面と共通にするように形成され、基板面に対向する樹脂主表面以外の樹脂端面から露出する外部電極を形成していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
複数の半導体チップを基板に接合する接合工程と、半導体チップ接合済み基板を樹脂で一括封止する樹脂封止工程と、樹脂封止済み基板を半導体装置個片に切断する切断工程を備えた半導体装置の製造方法において、
前記樹脂封止工程以前に、基板の切断ライン上に突起電極を形成する電極形成工程を備え、
前記樹脂封止工程において封止される樹脂層厚が前記突起電極の高さよりも厚いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１の半導体装置が複数個積層され、隣接する半導体装置の端面に露出した外部電極間がハンダで接続されていることを特徴とする半導体積層ユニット。
【請求項４】
請求項１の半導体装置を複数個積層する積層工程と、隣接する半導体装置の端面に露出した外部電極間をハンダで接続するハンダ接続工程を備えた半導体積層ユニットの製造方法において、
前記ハンダ接続工程では、外部電極面を溶融ハンダに浸してハンダ接続を行うことを特徴とする半導体積層ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関するものであり、特に、三次元実装に有利な外部電極を備えた半導体装置、半導体積層ユニット、およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等の携帯情報機器の普及に伴って、半導体装置の小型化や高密度化が求められている。この高密度化を行う手法として、個別に封止された半導体装置を積層してユニット化する、いわゆる三次元実装が存在している。そして、さらなる高密度化を行うために、積層される個々の半導体装置の厚みを減らすことが要求されている。このような要求から生まれた、紙のように薄いパッケージは、ＰＴＰ（Paper Thin Package）と呼ばれている。
【０００３】
特開２００１−１１０８２９に開示されているように、従来の三次元実装用の半導体装置は、その表裏両面に外部電極を備えている。半導体積層ユニットの作製時における隣接する半導体装置間の電気的な接合は、隣接する半導体装置の接合面の対向する外部電極間にハンダボールを介在させ、リフローを施すことで行われている。
【０００４】
また、半導体装置の半導体チップが接合された面は、半導体チップを保護する必要から、一般に樹脂による封止が施される。この樹脂封止の際には樹脂封止面側の外部電極が樹脂で覆われるため、半導体装置の表裏両面に外部電極を露出させるためには、樹脂封止後に研磨や研削、エッチング等の手段によって、外部電極を覆っている樹脂を除去する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の半導体装置を三次元実装する場合には、次のような問題点がある。まず、従来の半導体装置を三次元実装用として適合させるためには、前述した通り、半導体装置の表裏両面に外部電極を露出させることが必要であり、そのためには、樹脂封止後に、研磨や研削、エッチング等によって、外部電極に被った樹脂を除去する工程が必要である。この工程は、半導体装置の製造効率を低下させる。
【０００６】
また、このような表裏両面の外部電極を露出させた半導体装置を積層してユニット化する場合には、隣接する半導体装置の対向する外部電極間を接合しなければならず、実装方法の自由度が低い。さらに、隣接する半導体装置の対向する外部電極間を接合するためには、全ての接合面において対向する少なくとも一方の外部電極にハンダボールを載置する工程と、リフローを施す工程が必要である。これらの工程は、三次元実装効率すなわち半導体積層ユニットの製造効率を低下させる。
【０００７】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、容易に製造可能であり、三次元実装時における半導体装置間の電気接続を容易かつ確実に行うことが可能な外部電極を有する半導体装置と、その製造方法を提供することである。本発明の別の目的は、そのような三次元実装に有利な半導体装置を用いて容易に製造可能な半導体積層ユニットとその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、半導体装置の端面から外部電極を露出させることにより、樹脂封止後の装置個片への切断を利用して外部電極を容易に形成可能とし、端面に露出した外部電極間を容易に電気接続できるようにしたものである。なお、本発明における「基板」は、通常のガラスエポキシ基板やポリイミド基板だけでなく、リードフレーム等も含む広い概念である。
【０００９】
請求項１の発明は、半導体チップを基板に接合し、樹脂で封止した半導体装置において、基板上に形成された突起電極を備え、前記樹脂は、基板端面と樹脂端面とが共通な面を形成するように基板面上全体に渡って封止され、かつ前記突起電極の突端よりも上側に位置するように封止されており、前記突起電極は、基板端面を形成する基板の切断ライン上に、突起電極の切断面を基板端面と共通にするように形成され、基板面に対向する樹脂主表面以外の樹脂端面から露出する外部電極を形成していることを特徴とする。
【００１０】
このように、端面に電極を持つ半導体装置においては、半導体装置を実装する実装基板側の電極にハンダペーストを塗布してリフローを施すだけで、ハンダが半導体装置端面の電極に這い上がり、十分な歩留まりが得られる。この場合、ハンダ付けの品質は、端面の電極の表面積を比較的大きくすることにより容易に向上できる。また、このように端面に電極を持つ半導体装置は、実装方法の自由度が高く、特に、三次元実装に好適である。
【００１１】
請求項２の発明は、複数の半導体チップを基板に接合する接合工程と、半導体チップ接合済み基板を樹脂で一括封止する樹脂封止工程と、樹脂封止済み基板を半導体装置個片に切断する切断工程を備えた半導体装置の製造方法において、前記樹脂封止工程以前に、基板の切断ライン上に突起電極を形成する電極形成工程を備え、前記樹脂封止工程において封止される樹脂層厚が前記突起電極の高さよりも厚いことを特徴とする。
【００１２】
この製造方法は、請求項１の半導体装置を製造するのに好適な方法である。この製造方法によれば、樹脂封止済み基板を半導体装置個片に切断するだけで突起電極が切断されてその切断面がそのまま半導体装置の外部電極となるため、樹脂封止後に外部電極を露出させるための研磨や研削、エッチング等の工程が不要となる。また、半導体装置個片に切断する工程が外部電極を露出させる工程を兼ねているため、外部電極を露出させるためだけの工程自体が不要である。したがって、少ない工程数で簡単に半導体装置を製造できる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１の半導体装置が複数個積層され、隣接する半導体装置の端面に露出した外部電極間がハンダで接続されていることを特徴とする半導体積層ユニットである。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１の半導体装置を複数個積層する積層工程と、隣接する半導体装置の端面に露出した外部電極間をハンダで接続するハンダ接続工程を備えた半導体積層ユニットの製造方法において、ハンダ接続工程では、外部電極面を溶融ハンダに浸してハンダ接続を行うことを特徴としている。
【００１５】
請求項１の半導体装置を複数個積層し、外部電極面を溶融ハンダに浸すと、樹脂表面はハンダ濡れ性が悪いのでハンダが弾かれ、ハンダ濡れ性の良好な外部電極表面のみにハンダが付着する。この場合、各層の半導体装置の厚さがＰＴＰ程度であるか、あるいは、厚い半導体装置であっても隣接する外部電極を隔てる樹脂層や基板が十分薄ければ、積層された半導体装置間でハンダブリッジにより良好な電気的導通を得ることが可能である。このように、請求項４の製造方法のような簡単な方法で隣接する半導体装置間の電気的接合を容易に行うことができるため、請求項３の半導体積層ユニットを容易かつ安価に製造することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下には、本発明を適用した実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
［半導体装置］
図１は、本発明を適用した半導体装置の構成の一例を示す斜視図である。この半導体装置１０において、ポリイミド基板などからなるフィルム状の基板１の表面には、半導体チップ２が、その表面（活性表面）を対向させたフェースダウン状態で接合されている。基板１の半導体チップ接合面は、その全面が保護用の樹脂３で封止され、半導体チップ２を外気から保護している。
【００１８】
また、半導体装置１０の端面には、外部電極４が露出している。この外部電極４は、基板１の表面に形成された突起電極が、樹脂封止後に個々の半導体装置１０に切断された際の切断面で露出したものである。なお、外部電極４の材質としては、ハンダ濡れ性が良好な金属が望ましく、例えば、金、パラジウム、ハンダ、金合金、銅、銀、白金、白金合金、およびアルミニウムのいずれかであることが望ましい。
【００１９】
このように、端面に外部電極４を持つ半導体装置１０においては、半導体装置１０を実装する実装基板側の電極にハンダペーストを塗布してリフローを施すだけで、ハンダが半導体装置１０端面の外部電極４に這い上がり、十分な歩留まりが得られる。この場合、ハンダ付けの品質は、端面の外部電極４の表面積を比較的大きくすることにより容易に向上できる。また、このように端面に外部電極４を持つ半導体装置１０は、実装方法の自由度が高く、特に、後述するような三次元実装に好適である。
【００２０】
［半導体装置の製造方法］
図２は、図１に示す半導体装置１０の製造方法の一例を工程順に示す説明図である。以下には、この図２を参照しながら、半導体装置の製造方法の流れを説明する。
【００２１】
まず、図２（ａ）は、半導体チップ接合工程を示す。ポリイミドフィルムなどの基板１の表面１ａには、予め配線パターンが、例えば銅の電解メッキ等によって形成されている。この配線パターン上には、電解メッキ法、無電解メッキ法、ワイヤボンディング法、蒸着法、転写法、印刷法、半田ボール搭載法、等の方法によって、複数の突起電極５が形成される（電極形成工程）。この突起電極５は、その中心が図２（ｃ）に示すような基板１の切断ライン６に一致するように形成される。
【００２２】
この突起電極が形成された基板１の表面１ａには、複数の半導体チップ２がフェースダウンで接合される。これにより、半導体チップ２は、基板１上の配線パターンを介して突起電極５と電気的に接続されることになる（半導体チップ接合工程）。
この後、必要に応じて、半導体チップ２の活性表面と基板１との間隙に液状樹脂（アンダーフィル）（図示せず）を注入する。
【００２３】
次に、図２（ｂ）は、半導体チップ接合工程に続いて行われる樹脂封止工程を示す。この工程では、トランスファ、ポッティング、圧縮、印刷、等の方法によって、基板１上の複数の半導体チップ２および突起電極５を、保護用の樹脂３により一括封止する。
【００２４】
続いて、図２（ｃ）に示すように、ダイシングソー、レーザ、等の手段によって、突起電極５の中心を通る切断ライン６に沿って樹脂封止済み基板１を切断する。すなわち、切断ライン６上の樹脂２、突起電極５、および基板１を切断する（切断工程）。この結果、図２（ｄ）に示すように、半導体装置１０の個片が切り出される。この切断工程によって切り出された半導体装置１０は、半導体チップ２の全面が保護用の樹脂２で被われ、外気から保護されている。また、半導体装置１０の端面には突起電極５の切断面が露出し、これが外部電極４となる。
【００２５】
この製造方法は、図１の半導体装置１０を製造するのに好適な方法である。まず、この製造方法によれば、一括封止された大判の樹脂封止済み基板１を半導体装置１０の個片に切断するだけで、予め切断ライン６上に形成されていた突起電極が切断されて切断面が露出し、この切断面がそのまま半導体装置の外部電極となる。
【００２６】
このため、基板を樹脂封止した後に外部電極を露出させるために従来行っていた研磨や研削、エッチング等の工程が不要となる。また、樹脂封止済み基板１を半導体装置１０個片に切断する工程が、外部電極４を露出させる工程を兼ねているため、外部電極４を露出させるためだけの工程自体が不要である。したがって、従来に比べて少ない工程数で簡単に半導体装置を製造できる。
【００２７】
［半導体積層ユニットとその製造方法］
図３は、本発明を適用した半導体積層ユニットの構成の一例を示す斜視図である。この半導体積層ユニット１００において、複数の半導体装置１０が積み重ねられ、端面の外部電極４がハンダ２０で接続されている。ここで、複数の半導体装置１０は、内蔵する半導体チップ２の種類や大きさが異なっていてもよく、厚さの異なる半導体装置Ｃが混在していてもよい。さらに、隣接する半導体装置１０間で接続すべき外部電極の配置さえ一致していれば、全体として外部電極の配置が異なる半導体装置が混在していてもよい。
【００２８】
図４は、図３に示す半導体積層ユニット１００の製造方法の一例を示す説明図である。まず、図４（ａ）に示すように、各隣接する半導体装置１０の層間に接着剤３０を塗布し、外部電極４の位置を揃えて互いに接着する。次に、この互いに接着され一体となった複数の半導体装置１０の積層体を、溶融ハンダ槽に浸す。
【００２９】
この場合、積層体全体を溶融ハンダに浸してもよいが、四方の外部電極面を溶融ハンダに順次接触させてもよい。後者の場合には、一つの外部電極面のみを溶融ハンダに接触させ、引き揚げては、積層体を保持する角度を変えて別の外部電極面を接触させるという動作を反復することになる。いずれの場合でも、積層体を溶融ハンダに浸すことにより、図４（ｂ）に示すように、隣接する半導体装置１０の外部電極４間に良好なハンダブリッジ２０が形成される。この点について以下に説明する。
【００３０】
まず、半導体装置１０の積層体の外部電極面を溶融ハンダに浸すと、樹脂２の表面はハンダ濡れ性が悪いのでハンダが弾かれ、ハンダ濡れ性の良好な外部電極４の表面のみにハンダが付着する。この場合、各層の半導体装置の厚さがＰＴＰ程度ならば、隣接する半導体装置１０間で溶融ハンダがブリッジするため、積層された半導体装置１０間で良好な電気的導通が得られる。また、単体の厚みがより厚い半導体装置１０についても、隣接する半導体装置１０間で外部電極４を隔てる樹脂層や基板を十分薄くすれば、この部分で溶融ハンダがブリッジするため、積層された半導体装置１０間で良好な電気的導通が得られる。
【００３１】
この製造方法は、半導体積層ユニット１００を製造するのに好適な方法である。すなわち、半導体装置１０の積層体を溶融ハンダに浸すという簡単な方法で、隣接する半導体装置１０間の電気的接合を容易に行うことができるため、半導体積層ユニット１００を容易かつ安価に製造することができる。
また、このようにして製造された半導体積層ユニット１００の実装基板への実装は、通常の表面実装用半導体装置と同様に、実装基板の電極にハンダペーストを塗布し、ここに当該半導体装置ユニットを配置してリフローを施すことで容易に行うことができる。
【００３２】
［変形例］
別の方法として、半導体積層ユニット１００の製造と実装を、図５に示すように同時に行うことも可能である。まず、図５（ａ）に示すように、各隣接する半導体装置１０の層間に接着剤３０を塗布し、外部電極４の位置を揃えて互いに接着した積層体を、実装基板２００上に接着剤３０によって固定する。あるいは、実装基板２００上に、半導体装置１０を一個ずつ重ねる形で積層してもよい。
【００３３】
次に、半導体装置１０の積層体と実装基板２００の実装面を同時に溶融ハンダ槽に浸す。この結果、図５（ｂ）に示すように、隣接する半導体装置１０の外部電極４間で良好なハンダブリッジ２０が形成されると同時に、最下層の半導体装置１０の外部電極４と実装基板２００上の電極３００の間でも良好なハンダブリッジ２０が形成される。
【００３４】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、他にも多種多様な形態が実施可能である。例えば、次のような形態を包含するものである。
【００３５】
まず、上記のように、本発明の半導体装置は、三次元実装に好適であるが、他の実装方法も可能である。例えば、図６に示すように、図１に示す半導体装置１０を同一平面上に隣接して実装することが可能である。この場合、隣接する半導体装置１０間の電気的導通は、端面の外部電極４を直接向き合わせ、ハンダペースト４０等を介してリフローを施すことで得られる。
【００３６】
また、上記の実施形態では、基板１に突起電極を形成した後に半導体チップ２を接合する場合について説明したが、突起電極を形成する工程を、半導体チップの接合工程の前とするか後とするかは、突起電極の材質や形成方法によって異なる。例えば、突起電極の材質がハンダの場合には、半導体チップ接合の際に加熱が行われるため、半導体チップ接合後に突起電極を形成するほうがよい。また、メッキ法や蒸着法で突起電極を形成する場合、半導体チップ接合後に実施すると半導体チップを汚染する恐れがあるので、半導体チップ接合前に実施すべきである。そしてまた、ワイヤボンディング法で突起電極を形成する場合には、半導体チップ２の接合前、接合後のいずれも可能である。
【００３７】
また、上記の実施形態では、一つの半導体装置１０に一つの半導体チップ２が封止されている例を示したが、本発明は、一つの半導体装置１０に複数の半導体チップ２を内蔵する場合にも同様に適用可能である。
また、上記の実施形態では、突起電極の中心を切断ラインに一致させ、樹脂封止済み基板を個片に切断した後、切断ラインの両側の突起電極切断面をそれぞれ外部電極として活用したが、一方の突起電極切断面のみを外部電極として活用することも可能である。この場合、より良質な電極面を得るために、突起電極の中心を切断ラインからずらした設計にしてもよい。
【００３８】
また、上記の実施形態では、基板に半導体チップを接合する方法をフェースダウンとしたが、フェースアップとしてワイヤボンディングにて基板上の配線パターンと接続してもよい。
また、上記の実施形態では、半導体装置１０の全ての端面に外部電極を形成した例を示したが、外部電極を形成しない端面があってもよい。
【００３９】
一方、上記の実施形態では、基板としてポリイミド基板を用いた例を示したが、本発明は、ガラスエポキシ基板等の他の基板を用いることも可能である。さらに、基板としてリードフレームを用いて、このリードフレームのリード上に突起電極を形成して樹脂封止した後に半導体装置個片に切断した場合でも同様の効果が得られるものであり、この場合には、通常のポリイミド基板やガラスエポキシ基板に比較して廉価なパッケージが可能となる。
その他、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体装置の端面から外部電極を露出させることにより、樹脂封止後の装置個片への切断を利用して外部電極を容易に形成可能とし、端面に露出した外部電極間を容易に電気接続できる。したがって、容易に製造可能であり、三次元実装時における半導体装置間の電気接続を容易かつ確実に行うことが可能な外部電極を有する、半導体装置とその製造方法を提供することができる。また、そのような三次元実装に有利な半導体装置を用いて容易に製造可能な半導体積層ユニットとその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した半導体装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す半導体装置の製造方法の一例を工程順に示す説明図である。
【図３】本発明を適用した半導体積層ユニットの構成の一例を示す斜視図である。
【図４】図３に示す半導体積層ユニットの製造方法の一例を示す説明図である。
【図５】図３に示す半導体積層ユニットの製造と実装を同時に行う方法の一例を示す説明図である。
【図６】図１に示す半導体装置を同一平面上に隣接して実装する場合の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…基板
１ａ…表面
２…半導体チップ
３…樹脂
４…外部電極
５…突起電極
６…切断ライン
１０…半導体装置
２０…ハンダ（ハンダブリッジ）
３０…接着剤
４０…ハンダペースト
１００…半導体積層ユニット
２００…実装基板
３００…電極
【図１】
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【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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