JP2005150179A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体キャリア３の側面や裏面への封止樹脂６の回りこみを低減するとともに、高い品質・信頼性を実現する。
【解決手段】上面に複数の電極４と電極４と接続された配線パターンを有すると共に、電極４および配線と電気的に接続された外部接続用端子７を底面に有した絶縁性基板からなる半導体キャリア３と、半導体キャリア３上面の複数の電極４に対して導電性を有する複数の突起電極１により接合された半導体素子２と、半導体素子２と半導体キャリア３との隙間と前記半導体素子２の周辺端部を充填被覆している封止樹脂６からなる半導体装置であって、半導体キャリア３の表面上で、半導体キャリア３の外周端部に半導体素子２の周辺に平行に線状あるいは面状に突起部１０を形成している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体素子の集積回路部を保護し、かつ外部装置と半導体素子の電気的接続を安定に確保し、小型で高密度な実装の要求に対応可能な半導体装置およびその製造方法に関するものである。

また、情報通信機器、事務用電子機器、家庭用電子機器、測定装置、組立ロボット等の産業用電子機器、医療用電子機器、電子玩具等の小型化を容易にする半導体装置およびその製造方法に関するものである。

以下、従来の半導体装置について図面を参照しながら説明する。図８は従来の半導体装置の平面図である。図９は従来の半導体装置の断面図であり、図８のＤ−Ｄ’線部分の断面を示している。図８および図９において、従来の半導体装置の構成について説明する。

まず、図８および図９に示すように従来の半導体装置は、半導体素子２の表面電極上に突起電極１を形成し、突起電極１が形成された面が下になるように半導体素子２を絶縁基体とした多層回路基板である半導体キャリア３上に搭載している。半導体キャリア３の上面には半導体素子２との電気的接続のために複数の電極４を形成し、電極４と半導体素子２上に形成された突起電極１が導電性接着剤５により電気的に接続されている。半導体素子２と半導体キャリア３との間の隙間に半導体素子２の周辺端部から封止樹脂６を注入し、半導体素子２と半導体キャリア３間および半導体素子２の周辺端部を封止樹脂６によって充填被覆されている。
特開平６−２２４２５９号公報（特許第２８２６０４９号）

このような構造を有する半導体装置では、樹脂注入辺において、半導体素子２の端から半導体キャリア３端までの距離を十分確保しないと、封止樹脂６を注入する際に封止樹脂６が半導体キャリア３の側面や裏面に回りこみ、封止樹脂６の回り込みによる製品不良が発生する。

また、半導体素子２の表面電極の狭ピッチ化に伴い、突起電極１の小型化および半導体キャリア３の電極４の幅の細線化により、半導体素子２と半導体キャリア３の接続部分での接続領域が減少し、機械的接続強度が低下するため、半導体素子２の周辺端部を被覆する封止樹脂６の平面形状の凹凸が半導体素子２の各辺に対し大きくなると、半導体素子２の端周辺に発生する応力が不均一になり、半導体素子２と半導体キャリア３の接続部分で接続抵抗値の上昇並びに、機械的接続強度の劣化や破壊が発生する確率が高くなり、品質・信頼性を損なう問題が発生する可能性がある。

本発明は、上記問題を解決するために、半導体キャリア３の周辺端部に線状、或いは面状の突起部１０を形成することで、封止樹脂６を注入する際に封止樹脂６が半導体キャリア３の側面や裏面に回りこむことを防止し、
また半導体素子２の外周端部を被覆する封止樹脂６の平面形状を半導体素子２の各辺に対し、平行に形成することで、半導体素子２の各辺の接続部分に発生する応力を均一化し、接続性を安定化し、高い品質・信頼性を実現できる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

この発明の半導体装置は、絶縁性基板を有しその上面に電極４を有する半導体キャリア３と、前記電極４に突起電極１により接合された半導体素子２と、前記半導体素子２と前記半導体キャリア３との間の隙間に前記半導体素子２の周辺端部から注入されて前記半導体素子２と前記半導体キャリア３間および前記半導体素子２の周辺端部に充填被覆された封止樹脂６とを備えた半導体装置であって、前記半導体キャリア３上の表面上で前記半導体素子２の樹脂注入辺側に前記封止樹脂６をせき止める突起部１０を形成したことを特徴とするものである。

上記構成において、前記突起部１０は前記半導体素子２の前記樹脂注入辺以外の三辺に対向する前記半導体キャリア３表面上にも形成されている。

上記構成において、前記半導体素子２の前記樹脂注入辺側の前記突起部１０と前記樹脂注入辺との間の距離は、前記半導体素子２の前記樹脂注入辺以外の三辺とこれに対向する前記突起部１０との距離よりも大きい。

この発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子２の表面電極に突起電極１を形成する工程と、前記突起電極１が接合される電極４を有する絶縁性基板からなる半導体キャリア３の周辺端部に線状或いは面状の突起部１０を形成する工程と、前記半導体素子２上の前記突起電極１と前記突起電極１に対応した前記半導体キャリア３の前記電極４とを接続する工程と、前記半導体素子２と前記半導体キャリア３との間に形成された隙間に前記半導体素子２の周辺部の前記突起部１０側から封止樹脂６を注入し、前記封止樹脂６を硬化させる工程とを含むものである。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を得ることが可能である。

半導体素子２の樹脂注入辺に対し、半導体キャリア３の周辺端部の表面上で半導体素子２の樹脂注入辺に例えば平行に線状或いは面状の突起部１０を形成することにより、半導体素子２と半導体キャリア３間に封止樹脂６を注入する際に、封止樹脂６が半導体キャリア３の側面や裏面に回りこむことを防止することが可能となり、封止樹脂６の回りこみによる不良発生を低減することが可能となる。

この場合、半導体素子２の端から半導体キャリア３の端の距離を小さくし、かつ封止樹脂６の平面形状を半導体素子２の樹脂注入辺に対し平行に形成すれば、半導体素子２の樹脂注入辺の接続部分に発生する応力を均一化し、接続性を安定化することが可能となり、品質・信頼性が高くかつ小型な半導体装置を実現することが可能となる。

半導体キャリア３の表面上で半導体素子２の樹脂注入辺以外の三辺においても、例えば半導体キャリア３の表面上で半導体素子２の各辺に平行に線状あるいは面状の突起部１０を形成することにより、半導体素子２の周辺端部を被覆する封止樹脂６の平面形状を半導体素子２の各辺に対し、平行に形成することが可能となり、半導体素子２の各辺の接続部分に発生する応力を均一化し、接続性を安定化させることで高い品質・信頼性を実現することが可能となる。

半導体キャリア３の表面上で半導体素子２の樹脂注入辺に対し、半導体素子２端から線状、或いは面状の突起部１０までの距離を樹脂注入エリアが確保できるように、他の三辺と比較して距離が大きくなるよう、半導体素子２の樹脂注入辺の線状或いは面状の突起部１０を形成することにより、半導体素子２と半導体キャリア３との間の隙間に封止樹脂６を注入する際に、封止樹脂６の注入が容易になり、生産性の高い半導体装置を実現することが可能となる。

以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態にかかる半導体装置の平面図である。図２は本実施形態にかかる半導体装置の断面図であり、図１のA−A’線部分の断面を示している。図１および図２において、第１の実施形態にかかる半導体装置の構成について説明する。

図１および図２に示す半導体装置は、上面に複数の電極４と電極４に接続された配線パターンを有すると共に、電極４および配線と電気的に接続された外部接続用端子７を底面に有した絶縁性基板からなる半導体キャリア３と、半導体キャリア３の上面の複数の電極４に対して導電性を有する複数の突起電極１により接合された半導体素子２と、半導体素子２と半導体キャリア３との間の隙間に半導体素子２の周辺端部の一辺から封止樹脂６を注入し、半導体素子２と半導体キャリア３間および半導体素子２の周辺端部を封止樹脂６で充填被覆している半導体装置である。なお、半導体キャリア３は、セラッミク基板等のアルミナ系や窒化アルミナ系からなる絶縁性の単層および多層回路基板等を用いる。

また、突起電極１には、半田バンプやＡｕバンプ８等の金属バンプを用い（図７（ａ）参照）、Ａｕバンプ８を用いた場合、半導体キャリア３の上面の複数電極４と半導体素子２の表面電極間での接合には、Ａｕバンプ８上にＡｇペースト等の導電性接着剤５を供給し、半導体素子２の表面を下にして半導体キャリア３上に搭載し、導電接着剤５を硬化することで、半導体キャリア３と半導体素子２間での電気的および機械的接続を確保している。また、封止樹脂６には、低粘度のエポキシ系の封止樹脂６とか液状の封止樹脂６を使用することで、半導体素子２と半導体キャリア３との間の隙間に半導体素子２の周辺端部から封止樹脂６を注入し、半導体素子２と半導体キャリア３間および半導体素子２の周辺端部を封止樹脂６で充填被覆している。

この発明における第１の実施形態としては、図１および図２に示すように、半導体キャリア３の周辺端部において、半導体素子２の樹脂注入辺側に半導体素子２の樹脂注入辺に平行に線状、或いは面状の突起部１０を形成することである。なお、半導体キャリア３の外周端部の線状、或いは面状の突起部１０については、アルミナ系や窒化アルミナ系等の絶縁材料をシート状で積層する方法を用いて形成したり、或いは絶縁材料や有機系の材料を用いて、ペースト状態でのスクリーン印刷やディスペンス方式の塗布等により、形成することが可能となる。

この発明の第２の実施形態を図３および図４に示す。第１の実施の形態において、半導体キャリア３の樹脂注入辺以外の三辺において、半導体キャリア３の表面上で半導体素子２の各辺に平行に線状、或いは面状の突起部１０を形成したものである。なお、線状、或いは面状の突起部１０の形成においては、第１の実施形態と同一の方法を用いることが可能である。この実施の形態によれば、封止樹脂６の平面形状が半導体素子２の全周にわたって各周辺に平行に形成される。

この発明の第３の実施形態を図５および図６に示す。第２の実施の形態において、半導体素子２の樹脂注入辺側に対し、樹脂注入エリアが確保できるよう、半導体素子２の端から線状、或いは面状の突起部１０までの距離を、他の三辺における半導体素子２の端から突起部１０までの距離と比較して、大きくしている。これにより、半導体素子２と半導体キャリア３との間の隙間に封止樹脂６を注入する際に、封止樹脂６の注入が容易になり、生産性の高い半導体装置を実現することが可能となる。

また、半導体キャリア３の周辺端部に線状、或いは面状の突起部１０を形成することで、半導体キャリア３表面上に露出した配線パターンを被覆することが可能となり、配線パターンの露出エリアを低減することで、結露や人体接触等の影響による配線パターンの腐食を防止し、配線パターン間でのマイグレーションの発生等の不具合を防止することが可能となる。

次に、本発明の半導体装置の製造方法の実施の形態について、第１の実施の形態を例として、図７（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。図７（ａ）は、半導体素子２の表面電極上にＡｕバンプ８を形成する工程を示す図である。図７（ｂ）〜図７（ｄ）は本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を工程別に示した部分断面図である。

まず、図７（ａ）に示すように、ワイヤーボンディング法（ボールボンディング法）を用いて、露出した半導体素子２の電極４上にＡｕバンプ８（Ａｕ二段突起）を形成する。この方法は、キャピラリー９より出たＡｕワイヤーの先端に形成したボールをアルミニウム電極に熱圧接することにより、二段突起の下段部を形成し、さらにキャピラリー９を移動させることにより形成したＡｕワイヤーループをもって、二段突起の上段部を形成する。この状態においては、Ａｕ二段突起の高さは均一でなく、また頭頂部の平坦性にも欠けているために、Ａｕ二段突起を加圧することにより高さの均一化ならびに頭頂部の平坦化、いわゆるレベリングを行う。

次に、回転する円盤上にドクターブレード法を用いて適当な厚みにＡｇ−Ｐｄを導電物質として含有する導電性接着剤５を塗布する。この際、導電性接着剤５にＡｕバンプ８を設けた半導体素子２を押し当てた後に引き上げる方法、いわゆる転写法によって、図７（ｂ）に示すように、Ａｕバンプ８に導電性接着剤５を供給する。導電性接着剤５としては、信頼性および熱応力などを考慮して例えばバインダーとしてエポキシレジン、導体フィラーとしてＡｇ−Ｐｄ合金によりなる接着剤５を用いている。

次に図７（ｃ）に示すように、半導体素子２の表面を下にして実装する方法であるフリップチップ方式によって半導体素子２上の導電性接着剤５が供給されたＡｕバンプ８と、半導体キャリア３の表面上の外周端部に線状、或いは面状の突起部１０を形成し、底面に外部接続用端子７が一定の間隔で格子状に形成されている半導体キャリア３上の電極４とを位置精度よく合わせて接合した後、一定の温度にて熱硬化させる。

次に、図７（ｄ）に示すようにエポキシ系の封止樹脂６を半導体素子２の周辺端部と、半導体素子２と半導体キャリア３との間に形成された隙間に注入し、一定の温度にて硬化させて樹脂モールドする。この樹脂モールドの方法としては、封止樹脂６を注入ノズルを用いて一方向すなわち突起部１０側から半導体素子２と半導体キャリア３との間に形成された隙間に注入し、隙間を埋めてから半導体素子２の周辺端部を封止する。封止樹脂６としてエポキシ系樹脂に高熱伝導セラミックである窒化アルミニウム（ＡｌＮ）もしくは窒化珪素（ＳｉＣ）等をフィラーとして添加したものを用いる。封止樹脂６の供給後、オーブン中で加熱をすることにより封止樹脂６を硬化させる。なお、半導体素子２の周辺端部を被覆する封止樹脂６の傾斜面は、半導体素子２の端面から半導体キャリア３の平面に対し、６０度以下の角度で形成されている。

図１から図６に示すように、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体キャリア３の外周端部に線状、或いは面状の突起部１０を形成する工程を有する半導体装置の製造方法である。半導体キャリア３の外周端部の線状、或いは面状の突起部１０の形成については、アルミナ系や窒化アルミナ系等の絶縁材料をシート状で積層する方法を用いたり、或いは絶縁材料や有機系の材料を用いて、ペースト状態のスクリーン印刷やディスペンス方式の塗布 等により、形成することが可能となる。

なお、本実施の形態では、半導体キャリア３の表面上に形成した線状あるいは面状の突起部１０について、樹脂注入辺以外の線状あるいは面状の突起部１０においては、半導体素子２の端から線状あるいは面状の突起部１０までの距離を０．５ｍｍ以下とし、封止樹脂６を注入する辺においては、半導体素子２の端から線状あるいは面状の突起部１０までの距離を１．０ｍｍ以下になるよう、線状あるいは面状の突起部１０を形成することとした。

本発明にかかる半導体装置およびその製造方法は、半導体素子２の外周部を被覆する封止樹脂６の平面形状を制御することが可能となり、封止樹脂６が半導体キャリア３の側面や裏面に回りこむことを防止でき、封止樹脂６の回りこみによる不良発生を低減することが可能となる等の効果があり、より小型化が必要な情報通信機器等に用いる半導体装置およびその製造方法として有用である。

本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の平面図である。 そのＡ−Ａ′線断面図である。 本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置の平面図である。 そのＢ−Ｂ′線断面図である。 本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置の平面図である。 そのＣ−Ｃ′線断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法の実施の形態を示す工程図である。 従来の半導体装置を示す平面図である。 従来の半導体装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 突起電極
２ 半導体素子
３ 半導体キャリア
４ 電極
５ 導電性接着剤
６ 封止樹脂
７
８ Ａｕバンプ
９ キャピラリー
１０ 線状あるいは面状の突起部

Claims (4)

1. 絶縁性基板を有しその上面に電極を有する半導体キャリアと、前記電極に突起電極により接合された半導体素子と、前記半導体素子と前記半導体キャリアとの間の隙間に前記半導体素子の周辺端部から注入されて前記半導体素子と前記半導体キャリア間および前記半導体素子の周辺端部に充填被覆された封止樹脂とを備えた半導体装置であって、前記半導体キャリア上の表面上で前記半導体素子の樹脂注入辺側に前記封止樹脂をせき止める突起部を形成したことを特徴とする半導体装置。
2. 前記突起部は前記半導体素子の前記樹脂注入辺以外の三辺に対向する前記半導体キャリア表面上にも形成されている請求項１記載の半導体装置。
3. 前記半導体素子の前記樹脂注入辺側の前記突起部と前記樹脂注入辺との間の距離は、前記半導体素子の前記樹脂注入辺以外の三辺とこれに対向する前記突起部との距離よりも大きい請求項２記載の半導体装置。
4. 半導体素子の表面電極に突起電極を形成する工程と、前記突起電極が接合される電極を有する絶縁性基板からなる半導体キャリアの周辺端部に線状或いは面状の突起部を形成する工程と、前記半導体素子上の前記突起電極と前記突起電極に対応した前記半導体キャリアの前記電極とを接続する工程と、前記半導体素子と前記半導体キャリアとの間に形成された隙間に前記半導体素子の周辺部の前記突起部側から封止樹脂を注入し、前記封止樹脂を硬化させる工程とを含む半導体装置の製造方法。

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