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JP2002151628A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2002151628A
JP2002151628A JP2000347855A JP2000347855A JP2002151628A JP 2002151628 A JP2002151628 A JP 2002151628A JP 2000347855 A JP2000347855 A JP 2000347855A JP 2000347855 A JP2000347855 A JP 2000347855A JP 2002151628 A JP2002151628 A JP 2002151628A
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JP
Japan
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insulating base
metal
semiconductor element
thermoplastic resin
base material
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Application number
JP2000347855A
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English (en)
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JP4354109B2 (ja
Inventor
Yoshihiko Ino
好彦 猪野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Miyazaki Oki Electric Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Miyazaki Oki Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to US09/956,801 priority patent/US6414380B1/en
Priority to US10/153,723 priority patent/US6815260B2/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化が可能で、丈夫で扱い易いやすいとい
う利点を備えつつ、構造が単純で低価格であり、信頼性
の高い半導体装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 絶縁基材１と、この上に塗布された熱可
塑性樹脂２と、熱可塑性樹脂２により固定された半導体
素子３と、熱可塑性樹脂２及び絶縁基材１を貫通する金
属配線４と、封止樹脂５と、金属球部４ｂに接続された
金属バンプ６とを有し、金属配線４の一端４ａは、半導
体素子３の電極部３ａに接合され、他端は絶縁基材１の
半導体素子３の備えられていない側において絶縁基材１
に埋め込まれた金属球部４ｂであり、金属球部４ｂは金
属バンプ６に接続されている。

Description

【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、半導体装置のパッケージの構
造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０は、従来のボール・グリッド・ア
レイ（ＢＧＡ）型の半導体装置の構造を概略的に示す断
面図である。ＢＧＡ型の半導体装置は、金属バンプ（ハ
ンダ・ボール）５２が絶縁基材５１の下面に配列されて
いるので、小型化が可能であり、しかもピン型のパッケ
ージに比べ丈夫で扱い易い等の利点がある。この半導体
装置においては、導電体（メタル箔）５３及び導電体５
４，５５を備えた絶縁基材５１の下面に金属バンプ（外
部電極）５２が配列されており、絶縁基材５１の下面は
ソルダーレジスト５６で被覆されている。絶縁基材５１
の上面には接着剤５７により半導体素子５８が接合され
ており、半導体素子５８の電極部５９と導電体５３とは
金属配線６０で接続されており、その上を絶縁樹脂６１
で覆っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のＢＧＡ型の半導体装置においては、絶縁基材５
１の下面の配線をソルダーレジスト５６で被覆する構造
を持つので、ソルダーレジスト５６の接着強度が十分で
ない場合に、ソルダーレジスト５６が剥離して、半導体
装置の性能の信頼性を低下させるおそれがあるという問
題があった。
【０００４】また、上記したＢＧＡ型の半導体装置にお
いては、絶縁基材５１として予め導電耐５３，５４，５
５、ソルダーレジスト５６、及び金属バンプ５２を備え
たものを用いるので、製品のコストが高くなるという問
題があった。
【０００５】そこで、本発明は上記したような従来技術
の課題を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、小型化が可能で、丈夫で扱い易いやす
いというＢＧＡ型の半導体装置の持つ利点を備えつつ、
構造が単純で低価格であり、しかも信頼性の高い半導体
装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る半導体装
置は、絶縁基材と、上記絶縁基材上に備えられた熱可塑
性樹脂と、電極部を有し、上記熱可塑性樹脂により上記
絶縁基材に固定された半導体素子と、上記熱可塑性樹脂
及び上記絶縁基材を貫通し、一端が上記半導体素子の電
極部に接合され、他端が上記絶縁基材の上記半導体素子
の備えられていない側において上記絶縁基材に埋められ
た金属球部である金属配線と、上記金属配線を上記絶縁
基材の上記半導体素子を備えた側において封止する封止
樹脂と、上記金属球部に接続された金属バンプとを有す
ることを特徴としている。
【０００７】また、請求項２に係る半導体装置は、上記
絶縁基材がテープ状基板であることを特徴としている。
【０００８】また、請求項３に係る半導体装置は、上記
絶縁基材が紫外線硬化性基板であることを特徴としてい
る。
【０００９】また、請求項４に係る半導体装置は、上記
絶縁基材が綿不織布基板であることを特徴としている。
【００１０】また、請求項５に係る半導体装置の製造方
法は、絶縁基材上に熱可塑性樹脂を塗布する工程と、上
記熱可塑性樹脂上に半導体素子を接合する工程と、金属
配線を保持したキャピラリーを上記熱可塑性樹脂及び上
記絶縁基材に突き刺して貫通させ、上記絶縁基材の上記
半導体素子の備えられていない側において上記金属配線
の先端に金属球部を形成し、上記キャピラリーを上記絶
縁基材及び上記熱可塑性樹脂から引き抜くことによって
上記金属配線の先端の金属球部を上記絶縁基材内で停止
させて埋め込む工程と、上記キャピラリーを上記半導体
素子の電極に圧着させることによって、上記金属配線を
上記半導体素子の電極に接合して切断する工程と、上記
絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側におい
て上記金属球部に接続される金属バンプを取付ける工程
とを有することを特徴としている。
【００１１】また、請求項６に係る半導体装置の製造方
法は、紫外線硬化性の絶縁基材上に熱可塑性樹脂を塗布
する工程と、上記熱可塑性樹脂上に半導体素子を接合す
る工程と、金属配線を保持したキャピラリーを上記熱可
塑性樹脂及び上記絶縁基材に突き刺して貫通させ、上記
絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側におい
て上記金属配線の先端に金属球部を形成し、上記キャピ
ラリーを上記絶縁基材及び上記熱可塑性樹脂から引き抜
くことによって上記金属配線の先端の金属球部を上記絶
縁基材内で停止させて埋め込む工程と、上記キャピラリ
ーを上記半導体素子の電極に圧着させることによって、
上記金属配線を上記半導体素子の電極に接合して切断す
る工程と、上記絶縁基材に紫外線を照射する工程と、上
記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側にお
いて上記金属球部に接続される金属バンプを取付ける工
程とを有することを特徴としている。
【００１２】また、請求項７に係る半導体装置の製造方
法は、綿不織布からなる絶縁基材上に熱可塑性樹脂を塗
布する工程と、上記熱可塑性樹脂上に半導体素子を接合
する工程と、金属配線を保持したキャピラリーを上記熱
可塑性樹脂及び上記絶縁基材に突き刺して貫通させ、上
記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側にお
いて上記金属配線の先端に金属球部を形成し、上記キャ
ピラリーを上記絶縁基材及び上記熱可塑性樹脂から引き
抜くことによって上記金属配線の先端の金属球部を上記
絶縁基材内で停止させて埋め込む工程と、上記キャピラ
リーを上記半導体素子の電極に圧着させることによっ
て、上記金属配線を上記半導体素子の電極に接合して切
断する工程と、上記絶縁基材の上記半導体素子の備えら
れていない側において上記金属球部に接続される金属バ
ンプを取付ける工程とを有することを特徴としている。
【００１３】また、請求項８に係る半導体装置の製造方
法は、上記キャピラリーを上記熱可塑性樹脂及び上記絶
縁基材に突き刺して貫通させる工程を、ヒートステージ
で上記熱可塑性樹脂を加熱しながら行うことを特徴とし
ている。
【００１４】また、請求項９に係る半導体装置の製造方
法は、上記金属配線の先端に金属球部を形成する工程
を、電気トーチとの間のスパークによる熱を利用して行
うことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】実施の形態１ 図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置（又は
実施の形態１の製造方法により製造された半導体装置）
の構成を概略的に示す断面図である。図１に示されるよ
うに、実施の形態１の半導体装置は、シート状の絶縁基
材１と、この絶縁基材１上に塗布された熱可塑性樹脂２
と、この熱可塑性樹脂２により絶縁基材１に固定された
半導体素子３と、熱可塑性樹脂２及び絶縁基材１を貫通
するＡｕ等からなる金属配線４とを有する。金属配線４
の一端４ａは、半導体素子３の電極部３ａに接合され、
他端は絶縁基材１の半導体素子３の備えられていない側
（下面）において絶縁基材１に埋められた金属球部４ｂ
である。また、実施の形態１の半導体装置は、金属配線
４を絶縁基材１の半導体素子３を備えた側において封止
する絶縁体からなる封止樹脂５と、金属球部４ｂに接続
された金属バンプ（外部電極）６とを有する。金属バン
プ６は、例えば、ハンダ・ボールである。
【００１６】図２から図６まではそれぞれ、実施の形態
１に係る半導体装置の製造方法を示す工程図（その１〜
その５）である。ここで、図２（ａ）は平面図、図２
（ｂ）はＳ2−Ｓ2線断面図、図３（ａ）は平面図、図３
（ｂ）はＳ3−Ｓ3線断面図、図４（ａ）は平面図、図４
（ｂ）はＳ4−Ｓ4線断面図、図５（ａ）は平面図、図５
（ｂ）はＳ5−Ｓ5線断面図、図６（ａ）は下面図、図６
（ｂ）はＳ6−Ｓ6線断面図である。また、図７（ａ）か
ら（ｆ）までは図４における金属配線の製作手順を示す
工程図である。
【００１７】以下、図２から図７までに基づいて、実施
の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明する。先
ず、図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、リール
（図示せず）に巻かれたテープ状の絶縁基材１を引き出
し、その上に熱可塑性樹脂２を塗布し、次に、図３
（ａ）及び（ｂ）に示されるように、熱可塑性樹脂２上
に半導体素子３を熱圧着接合する。
【００１８】次に、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるよ
うに、金属配線４を取付ける。図４の工程はヒートステ
ージ１２上で熱硬化性樹脂２を軟化させた状態で行う。
この工程は以下の手順による。先ず、図７（ａ）に示さ
れるように、金属配線４を保持したキャピラリー１１
を、図７（ｂ）に示されるように、熱可塑性樹脂２及び
絶縁基材１に突き刺して貫通させる。次に、図７（ｃ）
に示されるように、絶縁基材１の半導体素子３の備えら
れていない側において電気トーチ１３との間のスパーク
により金属配線４の先端に金属球部４ｂを形成する。次
に、図７（ｄ）に示されるように、キャピラリー１１を
絶縁基材１及び熱可塑性樹脂２から引き抜くことによっ
て金属配線４の先端の金属球部４ｂを絶縁基材１に引っ
掛けて埋め込ませる。次に、図７（ｅ）に示されるよう
に、キャピラリー１１を半導体素子３の電極３ａに圧着
させることによって、金属配線４を半導体素子３の電極
３ａに接合して切断する。
【００１９】次に、図５（ａ）及び（ｂ）に示されるよ
うに、絶縁性の封止樹脂５により金属配線４を絶縁基材
１の半導体素子３を備えた側において封止し、図６
（ａ）及び（ｂ）に示されるように、金属球部４ｂに接
続された金属バンプ６を絶縁基材１の裏面に取付ける。
次に、絶縁基材１１上に形成された複数の素子を、個片
カットにより分割することによって、図１に示されるよ
うな半導体装置が完成する。
【００２０】以上説明したように、実施の形態１に係る
半導体装置によれば、絶縁基材１の下面に外部電極とし
ての金属バンプ６を備えているので小型化が可能であ
り、また、金属バンプ６がピン状ではないので、丈夫で
扱い易いやすいという利点がある。また、実施の形態１
の半導体装置は、ＢＧＡ型の半導体装置に比べ、構造が
単純であり、その結果、低価格化が可能であり、しかも
ソルダーレジストによる被覆が不要であるのでソルダー
レジストの剥離に伴う半導体装置の性能の信頼性の低下
のおそれがないという利点がある。さらに、構造が単純
であり、封止樹脂５が耐リフロー性に優れているという
利点もある。
【００２１】さらに、実施の形態１に係る製造方法は、
テープ状の絶縁基材１上に収まるいかなるチップサイズ
の半導体素子３にも適用できるという利点がある。ま
た、いかなる半導体素子チップについても同じ絶縁基材
１を使用できるという利点がある。さらにまた、例え
ば、リールに巻かれたテープ状の絶縁基基材１を引き出
して、半導体素子３の取付け、金属配線４の形成、樹脂
５による封止、ハンダ印刷による金属バンプ６の形成等
の工程を一貫して行うことができるので、組立て工数を
削減できるという利点もある。また、絶縁基材１の側片
ではなく、下面に電極を形成するので、多数の金属バン
プ６を製作できる（即ち、多ピン化が容易である）とい
う利点がある。
【００２２】実施の形態２ 図８は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置（又は
実施の形態１の製造方法により製造された半導体装置）
の構成を概略的に示す断面図である。実施の形態２の半
導体装置は、絶縁基材として紫外線（ＵＶ）硬化性の絶
縁基材２１を使用した点のみが、上記実施の形態１の半
導体装置と相違する。実施の形態２の半導体装置の製造
に際しては、キャピラリーを絶縁基材２１に突き刺す工
程の後に、絶縁基材２１に紫外線を照射を照射する工程
を有する。このような手順により、キャピラリーを突き
刺すときの絶縁基材２１の裂けを防止できる。尚、実施
の形態２において、上記以外の点は、上記実施の形態１
と同一である。
【００２３】実施の形態３ 図９は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置（又は
実施の形態１の製造方法により製造された半導体装置）
の構成を概略的に示す断面図である。実施の形態３の半
導体装置は、絶縁基材として綿不織布製の絶縁基材２２
を使用した点のみが、上記実施の形態１の半導体装置と
相違する。綿不織布製の絶縁基材２２を用いた場合に
は、熱可塑性樹脂２は、綿不織布内に染み込むようにな
り、図９に示すように一体の層を形成する。綿不織布の
絶縁基材２２としては、例えば、旭化成社製のベンリー
ゼ（商品名）が好適である。この材質は、炭化温度が２
６０℃から３００℃であり、熱可塑性樹脂の形成温度で
ある１８０℃には十分に耐えられる。実施の形態３に係
る半導体装置の製造に際しては、キャピラリーを絶縁基
材１１に突き刺す工程に際して、絶縁基材２２を加熱す
ることによって、キャピラリーを突き刺すときの絶縁基
材２２の裂けを防止できる。また、綿不織布を用いるこ
とによって、製品価格を下げることができる。尚、実施
の形態３において、上記以外の点は、上記実施の形態１
と同一である。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１から４ま
での半導体装置によれば、絶縁基材の下面に外部電極と
しての金属バンプを備えているので小型化が可能であ
り、また、金属バンプがピン状ではないので、丈夫で扱
い易いやすいという利点がある。また、ＢＧＡ型の半導
体装置に比べ、構造が単純であり、その結果、低価格化
が可能であり、しかもソルダーレジストによる被覆が不
要であるのでソルダーレジストの剥離に伴う半導体装置
の性能の信頼性の低下のおそれがないという利点があ
る。さらに、構造が単純であり、半導体素子上に備えら
れた封止樹脂が耐リフロー性に優れているという利点も
ある。
【００２５】また、請求項５から９までの製造方法は、
テープ状の絶縁基材上に収まるいかなるチップサイズの
半導体素子にも適用できるという利点がある。また、い
かなる半導体素子チップについても同じ絶縁基板を使用
できるという利点がある。さらにまた、例えば、リール
に巻かれたテープ状の絶縁基板を引き出して、半導体素
子の接着、金属配線の形成、樹脂による封止、はんだ印
刷による金属バンプの形成等の工程を一貫して行うこと
ができるので、組立て工数を削減できるという利点もあ
る。また、多数の金属バンプを製作できる（即ち、多ピ
ン化が容易である）という利点がある。
【００２６】さらに、請求項６の製造方法によれば、キ
ャピラリーを絶縁基材に突き刺す工程の後に、絶縁基材
に紫外線を照射を照射する工程を有するので、キャピラ
リーを突き刺すときの絶縁基材の裂けを防止できるとい
う利点がある。
【００２７】さらにまた、請求項７の製造方法によれ
ば、綿不織布を用いることによって、製品価格を下げる
ことができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構
成を概略的に示す断面図である。
【図２】 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を
示す工程図（その１）であり、（ａ）は平面図、（ｂ）
はＳ2−Ｓ2線断面図である。
【図３】 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を
示す工程図（その２）であり、（ａ）は平面図、（ｂ）
はＳ3−Ｓ3線断面図である。
【図４】 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を
示す工程図（その３）であり、（ａ）は平面図、（ｂ）
はＳ4−Ｓ4線断面図である。
【図５】 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を
示す工程図（その４）であり、（ａ）は平面図、（ｂ）
はＳ5−Ｓ5線断面図である。
【図６】 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を
示す工程図（その５）であり、（ａ）は下面図、（ｂ）
はＳ6−Ｓ6線断面図である。
【図７】 （ａ）から（ｆ）までは図４における金属配
線の製作手順を示す工程図である。
【図８】 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構
成を概略的に示す断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の構
成を概略的に示す断面図である。
【図１０】 従来の半導体装置の構成を概略的に示す断
面図である。
【符号の説明】
１，２１，２２ 絶縁基材、 ２ 熱可塑性樹脂、 ３
半導体素子、 ３ａ電極部、 ４ 金属配線、 ４ａ
金属配線の一端、 ４ｂ 金属球部、 ５封止樹脂、
６ 金属バンプ（外部電極）。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁基材と、 上記絶縁基材上に備えられた熱可塑性樹脂と、 電極部を有し、上記熱可塑性樹脂により上記絶縁基材に
    固定された半導体素子と、 上記熱可塑性樹脂及び上記絶縁基材を貫通し、一端が上
    記半導体素子の電極部に接合され、他端が上記絶縁基材
    の上記半導体素子の備えられていない側において上記絶
    縁基材に埋められた金属球部である金属配線と、 上記金属配線を上記絶縁基材の上記半導体素子を備えた
    側において封止する封止樹脂と、 上記金属球部に接続された金属バンプとを有することを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 上記絶縁基材がテープ状基板であること
    を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 上記絶縁基材が紫外線硬化性基板である
    ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の半
    導体装置。
  4. 【請求項４】 上記絶縁基材が綿不織布基板であること
    を特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の半導体
    装置。
  5. 【請求項５】 絶縁基材上に熱可塑性樹脂を塗布する工
    程と、 上記熱可塑性樹脂上に半導体素子を接合する工程と、 金属配線を保持したキャピラリーを上記熱可塑性樹脂及
    び上記絶縁基材に突き刺して貫通させ、上記絶縁基材の
    上記半導体素子の備えられていない側において上記金属
    配線の先端に金属球部を形成し、上記キャピラリーを上
    記絶縁基材及び上記熱可塑性樹脂から引き抜くことによ
    って上記金属配線の先端の金属球部を上記絶縁基材内で
    停止させて埋め込む工程と、 上記キャピラリーを上記半導体素子の電極に圧着させる
    ことによって、上記金属配線を上記半導体素子の電極に
    接合して切断する工程と、 上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側に
    おいて上記金属球部に接続される金属バンプを取付ける
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  6. 【請求項６】 紫外線硬化性の絶縁基材上に熱可塑性樹
    脂を塗布する工程と、 上記熱可塑性樹脂上に半導体素子を接合する工程と、 金属配線を保持したキャピラリーを上記熱可塑性樹脂及
    び上記絶縁基材に突き刺して貫通させ、上記絶縁基材の
    上記半導体素子の備えられていない側において上記金属
    配線の先端に金属球部を形成し、上記キャピラリーを上
    記絶縁基材及び上記熱可塑性樹脂から引き抜くことによ
    って上記金属配線の先端の金属球部を上記絶縁基材内で
    停止させて埋め込む工程と、 上記キャピラリーを上記半導体素子の電極に圧着させる
    ことによって、上記金属配線を上記半導体素子の電極に
    接合して切断する工程と、 上記絶縁基材に紫外線を照射する工程と、 上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側に
    おいて上記金属球部に接続される金属バンプを取付ける
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  7. 【請求項７】 綿不織布からなる絶縁基材上に熱可塑性
    樹脂を塗布する工程と、 上記熱可塑性樹脂上に半導体素子を接合する工程と、 金属配線を保持したキャピラリーを上記熱可塑性樹脂及
    び上記絶縁基材に突き刺して貫通させ、上記絶縁基材の
    上記半導体素子の備えられていない側において上記金属
    配線の先端に金属球部を形成し、上記キャピラリーを上
    記絶縁基材及び上記熱可塑性樹脂から引き抜くことによ
    って上記金属配線の先端の金属球部を上記絶縁基材内で
    停止させて埋め込む工程と、 上記キャピラリーを上記半導体素子の電極に圧着させる
    ことによって、上記金属配線を上記半導体素子の電極に
    接合して切断する工程と、 上記絶縁基材の上記半導体素子の備えられていない側に
    おいて上記金属球部に接続される金属バンプを取付ける
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  8. 【請求項８】 上記キャピラリーを上記熱可塑性樹脂及
    び上記絶縁基材に突き刺して貫通させる工程を、ヒート
    ステージで上記熱可塑性樹脂を加熱しながら行うことを
    特徴とする請求項５から７までのいずれかに記載の半導
    体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 上記金属配線の先端に金属球部を形成す
    る工程を、電気トーチとの間のスパークによる熱を利用
    して行うことを特徴とする請求項５から８までのいずれ
    かに記載の半導体装置の製造方法。
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