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JP2012230981A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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JP2012230981A
JP2012230981A JP2011097732A JP2011097732A JP2012230981A JP 2012230981 A JP2012230981 A JP 2012230981A JP 2011097732 A JP2011097732 A JP 2011097732A JP 2011097732 A JP2011097732 A JP 2011097732A JP 2012230981 A JP2012230981 A JP 2012230981A
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JP
Japan
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semiconductor chips
semiconductor
semiconductor device
substrate
wiring
Prior art date
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JP2011097732A
Other languages
English (en)
Inventor
Sensho Usami
宣丞 宇佐美
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.)
Micron Memory Japan Ltd
Original Assignee
Elpida Memory Inc
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Publication date
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Priority to US13/450,019 priority patent/US20120273971A1/en
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Abstract

【課題】反り量の低減化、反り形状の安定化に有効な半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置は、配線基板100と、配線基板に搭載された少なくとも2つの半導体チップ200,300と、2つの半導体チップの少なくとも一部に跨るように配置された補強基板400とを含む。半導体装置の製造方法は、各半導体チップへの補強基板の配置は、各半導体チップの上面に配置、形成された電極パッド210にかからないように行なわれ、補強基板を配置する前、あるいは配置した後に、2つの半導体チップのそれぞれの電極パッドと配線基板の接続パッド120との間のワイヤボンディングを行ない、続いて、少なくとも2つの半導体チップ及びボンディングされたワイヤを樹脂で封止する。
【選択図】図1

Description

本発明は半導体装置及びその製造方法に関する。
配線基板上に複数の半導体チップを実装して1パッケージに構成した大容量化対応の半導体装置が提供されている(特許文献1)。この種の半導体装置はMCP(Multi Chip Package)タイプと呼ばれている。
一方、携帯機器等の小型・薄型化により、半導体装置の薄型化の要求があり、配線基板や半導体チップの厚さが薄くなってきている。
しかしながら、配線基板や半導体チップの薄型化によって、半導体装置の反りの影響が大きくなっている。例えば配線基板上に複数の半導体チップを並置した半導体装置では、半導体チップ間に接続パッドや受動部品を配置する等により、半導体チップ間に0.2mm程度のクリアランスを設ける必要がある場合、2つの半導体チップの間を境に折れ曲がるように、2コブ状の反り或いは捻れが発生してしまう問題があった。このような反りや捻れによって、以後の半田ボールのマウントに際し、実装基板のランドに接続できない部分が発生したり、実装基板への実装位置精度が低下したりしてしまう。
特開2000−315776号公報
図10は、上記の問題点を検証するために試作した半導体装置の一例を示す断面図である。厚さ190μm、15×15mmの大きさの基板上に、2.5mmの間隔をおいて2つのチップ(厚さ70μm、大きさ3.66×7.58mm)を実装した後、樹脂で封止したものについて反り(平坦度)を測定した。その結果、図11に示すような測定結果が得られた。図11から、2コブ状の凹反りが発生していることが理解できる。
上記のような問題点に鑑み、本発明は、反り量の低減化、反り形状の安定化に有効な半導体装置を提供しようとするものである。
本発明の態様によれば、配線基板と、前記配線基板に搭載された少なくとも2つの半導体チップと、前記2つの半導体チップの少なくとも一部に跨るように配置された1枚以上の補強基板と、を含むことを特徴とする半導体装置が提供される。
本発明の別の態様によれば、配線基板上に少なくとも2つの半導体チップを並置し、前記2つの半導体チップの少なくとも一部に跨るように1枚以上の補強基板を配置する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
上記の半導体装置の製造方法においては、前記各半導体チップへの前記補強基板の配置は、前記各半導体チップの上面に配置、形成された電極パッドにかからないように行なわれ、前記補強基板を配置する前、あるいは配置した後に、前記2つの半導体チップのそれぞれの電極パッドと前記配線基板の接続パッドとの間のワイヤボンディングを行ない、続いて、少なくとも前記2つの半導体チップ及びボンディングされたワイヤを樹脂で封止する工程を更に含む。
本発明によれば、配線基板上に離間して配置された少なくとも2つの半導体チップに跨るように補強基板を配置することで、半導体チップ間の領域での反りや捻れの発生が抑制できる。これにより、配線基板の搬送不良を低減し、半導体装置製造の歩留を向上できる。
本発明の第1の実施例による半導体装置の概略構成を示す断面図である。 第1の実施例による半導体装置の組立フローを示す概略構成図である。 本発明の第2の実施例による半導体装置の概略構成を示す断面図である。 第2の実施例による半導体装置の組立フローを示す概略構成図である。 図4に続く、第2の実施例による半導体装置の組立フローを示す概略構成図である。 本発明の第3の実施例による半導体装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第1の変形例による半導体装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の第2の変形例による半導体装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第3の変形例による半導体装置の概略構成を示す平面図である。 通常のMCPタイプの半導体装置の問題点を検証するために試作した半導体装置の一例を示す断面図である。 図10に示した半導体装置に対して行なった反り(平坦度)の測定結果を示した図である。
以下に、本発明を幾つかの実施例に基づいて説明する。
(第1の実施例)
図1は、本発明の第1の実施例による半導体装置の概略構成を示す断面図である。
配線基板100の一面の例えば左側領域に第1の半導体チップ200が、右側領域に第2の半導体チップ300が、それぞれ互いに離間した状態で並置されてDAF(Die Attached Film)等の接着部材110、110を介して搭載されている。配線基板100は、絶縁基材の両面に絶縁膜が形成され、一方の面は半導体チップを搭載するための面であって複数の接続パッド120が形成され、他方の面には複数のランド150が形成されている。第1及び第2の半導体チップ200,300は所定回路、例えばメモリ回路(図示省略)と、複数の電極パッド210,310が一面(ここでは、上面)に形成されている。電極パッド210,310は、第1及び第2の半導体チップ200,300の、例えば中央領域に一列状に配置されており、それぞれ配線基板100の接続パッド120,120と導電性のワイヤ130,130を介して電気的に接続されている。また第1及び第2の半導体チップ200,300のそれぞれの一面に跨るように、補強基板400、例えばシリコン基板がDAF(Die Attached Film)等の接着部材410を介して積層されている。
このように配線基板100上に離間して配置された複数の半導体チップ200,300に跨るように補強基板400を配置することで、半導体チップ間の領域での反りや捻れの発生が抑制できる。
また従来の半導体装置の反りが凹反りの場合には、補強基板400を搭載したことで、その分だけモールドのための封止樹脂140の量を減らすことになり、この点でもさらに反り量を低減できる。
図2は、第1の実施例の半導体装置の組立フローを示す概略構成図である。
配線母基板10は、図2(a)に示すように、複数の製品形成部10−1,10−1がマトリクス状に配置されており、それぞれの製品形成部10−1の一面には複数の接続パッド120が形成されている。また製品形成部10−1の他面側には、複数のランド150が形成されており、対応する接続パッド120と配線(図示省略)により電気的に接続されている。
次に図2(b)に示すように、配線母基板10のそれぞれの製品形成部10−1に第1及び第2の半導体チップ200,300を並置するように、DAF等の接着部材(図示省略)を介して搭載する。第1及び第2の半導体チップ200,300は、例えば後述するモールド時の溶融樹脂の注入方向に垂直な方向に並置するように製品形成部10−1に搭載される。
その後、第1及び第2の半導体チップ200,300に跨るように補強基板400、例えばシリコン基板を積層する。尚、補強基板400は、第1及び第2の半導体チップ200,300の一面に形成された電極パッド210,310が露出するように、DAF等の接着部材(図示省略)を介して第1及び第2の半導体チップ200,300上に積層される。
次に図2(c)に示すように、第1及び第2の半導体チップ200,300のそれぞれの電極パッド210,310と配線母基板10の製品形成部10−1に形成された接続パッド120とを、導電性のワイヤ130によりワイヤボンディングする。ワイヤ130は、例えばAuやCu等が用いられる。
ワイヤボンディング工程は、半導体チップ200側について言えば、図示しないワイヤボンディング装置のキャピラリの先端から突出したワイヤをトーチで溶融させ、先端を球状化する。そして溶融により先端にボールが形成されたワイヤをキャピラリにより半導体チップ200の電極パッド210上に超音波熱圧着することでファーストボンディングする。そして、所定のループ形状を描くように、キャピラリを配線母基板10の接続パッド120上に移動させ、接続パッド120上に超音波熱圧着によりセカンドボンディングする。その後、ワイヤ130をクランプして引っ張ることで、ワイヤ130の後端が切断され、半導体チップ200の電極パッド210と配線母基板10の接続パッド120を接続するワイヤ130が張設される。半導体チップ300側もまったく同様である。
尚、ワイヤボンディング時にキャピラリが補強基板400に接触するおそれがある場合には、ワイヤボンディング後に第1及び第2の半導体チップ200,300に跨るように補強基板400を積層搭載するように構成しても良い。
次に図2(d)に示すように、配線母基板10のすべての製品形成部10−1を一体的に覆うように、絶縁性の封止樹脂、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂による封止体500を形成する。封止体500は、例えば図示しないトランスファーモールド装置の上型と下型からなる成型金型で、配線母基板10を型閉めし、ゲートから上型と下型により形成したキャビティ内に溶融樹脂を圧入する。前記キャビティ内に溶融樹脂が充填された後、熱硬化することで、封止体500は少なくとも半導体チップとワイヤを覆うように、好ましくは補強基板400も含めて覆うように構成される。ここで、第1及び第2の半導体チップ200,300を溶融樹脂の注入方向に垂直な方向に並置するように構成することで、半導体チップ間の隙間は樹脂の注入方向に沿って配置される。これにより、溶融樹脂注入時のチップ間の隙間へのボイドの発生を低減できる。
次に図2(e)に示すように、配線母基板10の製品形成部10−1の他面に配置した複数のランド150に金属ボール160が搭載される。金属ボール160は例えば半田等が用いられる。金属ボール160は、図示しないボールマウンターにより、製品形成部10−1の他面に格子状に配置された複数のランド150に合せて、複数の吸着孔を形成したマウントツールで、半田からなる金属ボールを前記吸着孔に保持し、前記保持された金属ボールをフラックスを介して、ランド150上に一括載置する。金属ボール160の載置後、配線母基板10を所定温度でリフローすることで、ランド150上に金属ボール160が搭載される。
次に図2(f)に示すように、図示しないダイシング装置により、配線母基板10を破線(図2e)で示すダイシングラインで切断し、製品形成部(配線基板)毎に切断分離する。基板ダイシングは、配線母基板10の封止体500をダイシングテープ550に接着し、ダイシングテープ550によって配線母基板10を支持する。配線母基板10をダイシングブレードにより縦横にダイシングラインに沿って切断して配線母基板10を複数の配線基板100に個片化する。個片化完了後、配線基板100をダイシングテープ550からピックアップすることで、図1に示すような半導体装置が得られる。また並置された複数の半導体チップ間に跨るように補強基板400を搭載して配線基板100の反りや捻れを低減することで、配線基板100の搬送不良を低減し、半導体装置製造の歩留を向上できる。
(第2の実施例)
図3は、本発明の第2の実施例による半導体装置の概略構成を示す断面図である。
第2の実施例による半導体装置は、第1の実施例と同様に、配線基板100の一面の例えば左側領域に第1の半導体チップ200’が、右側領域に第2の半導体チップ300’が、互いに離間した状態で並置されて搭載されている。第2の実施例では、第1の半導体チップ200’の電極パッド210’,210’は、例えばチップ周辺領域(対応する2辺に沿った領域)に配置されており、それぞれ配線基板100の接続パッド120,120’と導電性のワイヤ130,130を介して電気的に接続されている。同様に、第2の半導体チップ300’の電極パッド310’,310’も、チップ周辺領域に配置されており、それぞれ配線基板100の接続パッド120,120’と導電性のワイヤ130,130を介して電気的に接続されている。第2の実施例では、第1及び第2の半導体チップ200’、300’の間に配置された接続パッド120’は、第1及び第2の半導体チップ200’、300’で共通となっている。
そして、第2の実施例では、スペーサ基板610,620を介して、第1及び第2の半導体チップ200’,300’の一面に跨るように、補強基板400、例えばシリコン基板が積層されている。第2の実施例においては、スペーサ基板610,620を介して、第1及び第2の半導体チップ200’,300’に跨るように補強基板400を搭載することで、第1及び第2の半導体チップ200’,300’間の領域にワイヤ130が存在しても、第1の実施例と同様に、並置された複数の半導体チップに起因した反りや捻れを低減できる。
図4〜図5は、第2の実施例による半導体装置の組立フローを示す概略構成図である。
第2の実施例の組立フローは、スペーサ基板を搭載する工程を除けば、第1の実施例の組立フローと同様である。
配線母基板10は、図4(a)に示すように、複数の製品形成部10−1,10−1がマトリクス状に配置されており、それぞれの製品形成部10−1の一面には複数の接続パッド120が形成されている。また製品形成部10−1の他面側には、複数のランド150が形成されており、対応する接続パッド120と配線(図示省略)により電気的に接続されている。
次に図4(b)に示すように、配線母基板10のそれぞれの製品形成部10−1に第1及び第2の半導体チップ200’,300’を並置するように、DAF等の接着部材110(図3)を介して搭載する。第1及び第2の半導体チップ200’,300’は、例えば後述するモールド時の溶融樹脂の注入方向に垂直な方向に並置するように製品形成部10−1に搭載される。
その後、第1及び第2の半導体チップ200’,300’にそれぞれ第1及び第2のスペーサ基板610,620を積層する。尚、第1及び第2のスペーサ基板610,620は、第1及び第2の半導体チップ200’,300’の周辺領域に形成された電極パッド210’,310’が露出するように、DAF等の接着部材615,625(図3)を介して第1及び第2の半導体チップ200’,300’上に積層される。第1及び第2のスペーサ基板610,620は、後述の、あるいは第1の実施例の補強基板と同様に、シリコン基板を、DAFを介して搭載している。第1及び第2のスペーサ基板610,620は、半導体チップと補強基板の間に配置し配線基板の反りを抑制するため、できる限り大きいサイズで構成することが好ましい。
次に図4(c)に示すように、第1及び第2の半導体チップ200’,300’のそれぞれの電極パッド210’,310’と配線母基板10の製品形成部10−1に形成された接続パッド120,120’とを、導電性のワイヤ130によりワイヤボンディングする。ワイヤ130は、例えばAuやCu等が用いられる。
ワイヤボンディング工程は、半導体チップ200’側について言えば、図示しないワイヤボンディング装置のキャピラリの先端から突出したワイヤをトーチで溶融させ、先端を球状化する。そして溶融により先端にボールが形成されたワイヤをキャピラリにより半導体チップ200’の電極パッド210’上に超音波熱圧着することでファーストボンディングする。そして、所定のループ形状を描くように、キャピラリを配線母基板10の接続パッド120(120’)上に移動させ、接続パッド120(120’)上に超音波熱圧着によりセカンドボンディングする。その後、ワイヤ130をクランプして引っ張ることで、ワイヤ130の後端が切断され、半導体チップ200’の電極パッド210’と配線母基板10の接続パッド120(120’)を接続するワイヤ130が張設される。半導体チップ300’側もまったく同様である。
尚、ワイヤボンディング時にキャピラリが第1及び第2のスペーサ基板610,620に接触するおそれがある場合には、ワイヤボンディング後に第1及び第2の半導体チップ200’,300’上に第1及び第2のスペーサ基板610,620を積層搭載するように構成しても良い。
次に、図4(d)に示すように、第1及び第2のスペーサ基板610,620に跨るように補強基板400、例えばシリコン基板を積層する。尚、補強基板400は、DAF等の接着部材410(図3)を介して第1及び第2のスペーサ基板610,620上に積層される。
次に図5(a)に示すように、配線母基板10のすべての製品形成部10−1を一体的に覆うように、絶縁性の封止樹脂、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂による封止体500を形成する。封止体500は、例えば図示しないトランスファーモールド装置の上型と下型からなる成型金型で、配線母基板10を型閉めし、ゲートから上型と下型により形成したキャビティ内に溶融樹脂を圧入する。前記キャビティ内に溶融樹脂が充填された後、熱硬化することで、封止体500は少なくとも半導体チップとワイヤを覆うように、好ましくは補強基板400も含めて覆うように構成される。ここで、第1及び第2の半導体チップ200’,300’を溶融樹脂の注入方向に垂直な方向に並置するように構成することで、半導体チップ間の隙間は樹脂の注入方向に沿って配置される。これにより、溶融樹脂注入時のチップ間の隙間へのボイドの発生を低減できる。
次に図5(b)に示すように、配線母基板10の製品形成部10−1の他面に配置した複数のランド150に金属ボール160が搭載される。金属ボール160は例えば半田等が用いられる。金属ボール160は、図示しないボールマウンターにより、製品形成部10−1の他面に格子状に配置された複数のランド150に合せて、複数の吸着孔を形成したマウントツールで、半田からなる金属ボールを前記吸着孔に保持し、前記保持された金属ボールを、フラックスを介して、ランド150上に一括載置する。金属ボール160の載置後、配線母基板10を所定温度でリフローすることで、ランド150上に金属ボール160が搭載される。
次に図5(c)に示すように、図示しないダイシング装置により、配線母基板10を破線(図5b)で示すダイシングラインで切断し、製品形成部(配線基板)毎に切断分離する。基板ダイシングは、配線母基板10の封止体500をダイシングテープ550に接着し、ダイシングテープ550によって配線母基板10を支持する。配線母基板10をダイシングブレードにより縦横にダイシングラインに沿って切断して配線母基板10を複数の配線基板100に個片化する。個片化完了後、配線基板100をダイシングテープ550からピックアップすることで、図3に示すような半導体装置が得られる。また並置された複数の半導体チップ間に跨るように補強基板400を搭載して配線基板100の反りや捻れを低減することで、配線基板100の搬送不良を低減し、半導体装置製造の歩留を向上できる。
図6は、第1の実施例の変形例である第3の実施例を示す断面図である。
第3の実施例では、第1及び第2の半導体チップ200,300に跨るように積層された補強基板400’の厚さを、半導体チップの厚さ、例えば70μmよりも大きく構成している。これにより補強基板400’の剛性を高くし、配線基板100の反りや捻れをより良好に抑制することができる。この第3の実施例は、第2の実施例に組み合わされても良い。
以上、本発明をいくつかの実施例に基づき説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
上記実施例では、2つの半導体チップ間に一つの補強基板を設けた場合について説明したが、半導体チップに形成される電極パッドの配置によっては、大の変形例として図7に示すように、2つの半導体チップ間に複数の補強基板を配置するように構成しても良い。つまり、図7では、第1の半導体チップ200’において第2の半導体チップ300と隣り合う辺縁の中央部に形成された複数の電極パッド210’と、第1及び第2の半導体チップ200’,300の間に形成された接続パッド120’とをワイヤボンディングする構成となっている。一方、第2の半導体チップ300においてその中心線に沿って一列で配置された電極パッド310の中央部分のいくつかと第1及び第2の半導体チップ200’,300の間に形成された接続パッド120’とをワイヤボンディングする構成となっている。よって、上記ボンディング領域を除いて第1及び第2の半導体チップ200’,300間に補強基板を設けるために、補強基板を400−1と400−2の2枚にしている。勿論、補強基板は3枚以上でもよい。この第1の変形例は、第2、第3の実施例に組み合わされても良い。
また上記実施例では、配線基板にフェースアップで搭載された2つの半導体チップ上に補強基板を配置する場合について説明したが、第2の変形例として図8に示すように、フリップチップ実装された第1及び第2の半導体チップ200”と300”上に、DAF等の接着部材410を介して補強基板400”を配置するように構成しても良い。つまり、第1及び第2の半導体チップ200”、300”は、その下面側に形成された電極パッド210”、310”と、配線基板100’に配置されたバンプ電極170との間でフリップチップボンディングが行われ、アンダーフィル180を介して配線基板100’に実装されている。このようなフリップチップ実装の場合、補強基板400”を2つの半導体チップ200”、300”の全面にわたって配置できるため、より良好に半導体基板100’の反り及び捻れを抑制できる。この第2の変形例は、第3の実施例と組み合わされても良い。
上記実施例では、2つの半導体チップに跨るように補強基板を搭載したが、第3の変形例として図9に示すように、3つ以上の半導体チップ200−1,200−2,300−1,300−2に跨るように1枚の補強基板400を配置するように構成しても良い。この第3の変形例は、第2の実施例や第3の実施例、更には第2の変形例と組み合わされても良い。
10 配線母基板
10−1 製品形成部
100 配線基板
110,410 接着部材
120,120’ 接続パッド
130 ワイヤ
140 封止樹脂
150 ランド
160 金属ボール
170 バンプ電極
200,200’、200” 第1の半導体チップ
210,210’,310,310’ 電極パッド
300,300’、300” 第2の半導体チップ
400,400’,400”,400−1,400−2 補強基板
500 封止体
550 ダイシングテープ

Claims (11)

  1. 配線基板と、
    前記配線基板に搭載された少なくとも2つの半導体チップと、
    前記2つの半導体チップの少なくとも一部に跨るように配置された1枚以上の補強基板と、
    を含むことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記補強基板は、前記2つの半導体チップにそれぞれスペーサ基板を介して配置され、該スペーサ基板により前記補強基板の下面側にできるスペースにおいて前記2つの半導体チップの電極パッドと前記配線基板の接続パッド間がワイヤでボンディングされていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記補強基板の厚さが、前記2つの半導体チップのそれぞれの厚さより大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
  4. 前記2つの半導体チップは前記配線基板にフリップチップ実装されたものであり、前記補強基板は前記2つの半導体チップのそれぞれの全面に跨るように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  5. 前記補強基板が3つ以上の半導体チップに跨るように配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
  6. 配線基板上に少なくとも2つの半導体チップを並置し、
    前記2つの半導体チップの少なくとも一部に跨るように1枚以上の補強基板を配置する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 前記各半導体チップへの前記補強基板の配置は、前記各半導体チップの上面に配置、形成された電極パッドにかからないように行なわれ、
    前記補強基板を配置する前、あるいは配置した後に、前記2つの半導体チップのそれぞれの電極パッドと前記配線基板の接続パッドとの間のワイヤボンディングを行ない、
    続いて、少なくとも前記2つの半導体チップ及びボンディングされたワイヤを樹脂で封止することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記2つの半導体チップの間の前記配線基板に配置、形成された接続パッドと、前記2つの半導体チップのそれぞれの電極パッドとの間のワイヤボンディングを行なった後に、前記補強基板を、前記2つの半導体チップにそれぞれスペーサ基板を介して配置することにより、該スペーサ基板により前記補強基板の下面側にできるスペースにおいて前記2つの半導体チップの電極パッドと前記配線基板の接続パッド間がワイヤでボンディングされていることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記補強基板の厚さが、前記2つの半導体チップのそれぞれの厚さより大きいことを特徴とする請求項7〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記2つの半導体チップを前記配線基板にフリップチップ実装し、
    前記補強基板を前記2つの半導体チップのそれぞれの全面に跨るように配置することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記補強基板を3つ以上の半導体チップに跨るように配置することを特徴とする請求項6〜10のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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