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JP3701949B2 - 半導体チップ搭載用配線基板及びその製造方法 - Google Patents

半導体チップ搭載用配線基板及びその製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｋａｇｅ）などの半導体チップがパッケージングされた半導体装置に用いられる半導体チップ搭載用配線基板の製造方法に関する。また、その製造方法を利用した半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体チップの信号処理の高速化、高機能化により、多くの外部端子接続端子が必要となってきていることから、半導体チップパッケージの一つとして、その底面に２次元的に外部端子が配列されているＢＧＡ型の半導体装置がある。このＢＧＡ型半導体装置は、例えば、外部電極として２次元的に配列された半田ボールが設けられた配線基板上、半導体チップが搭載され、半導体チップ周辺を樹脂封止したもの等がある。この配線基板には、絶縁基板上に半導体チップの外部端子と電気的に接続される配線が形成されると共に、この配線を保護するソルダーレジスト（保護膜）が形成されており、ソルダーレジスト表面に半導体チップが積載されている。
【０００３】
このようなＢＧＡ型半導体装置は、マザーボードなどのプリント基板に搭載される際には、２次元的に配列された半田ボールを、プリント基板上の複数のパッドに、リフロー等により一括してハンダ付けされている。
【０００４】
しかし、リフローによる熱ストレスで、配線基板が反り返ってしまうといった問題がある。このような反り返りを防止するために、従来から配線基板に銅などからなる補強層を形成することが行なわれている。
【０００５】
このような、配線基板は、図６〜７に示すように、絶縁基板１１６上に半導体チップの外部端子と接続された配線が形成される配線領域１２８の内側の配線基板１１０における略中央部に位置にする領域（補強層領域１３２）に補強層が形成されており、この補強層領域１３２上方に半導体チップが搭載することになる。
【０００６】
しかし、図８に示すように、配線１１８及び補強層１２０を覆うように、ソルダーレジスト１２２が形成されると、ソルダーレジスト１２２の表面は配線１１８及び補強層１２０のパターンに沿って凹凸を有しており、半導体チップ接着面が平坦ではなく、例えば、半導体チップ搭載時におけるチップからの圧力を当該チップ接着面に均一に係らなくなり、掛けられると共に、例えば、液状の接着剤（ダイスボンド剤）が均一に塗布されず、半導体チップ周辺部に未充填部（ボイド）を発生し、リフロー時の熱ストレスにより、破損や半導体チップの剥れが生じてしまうといった問題が生じる。
【０００７】
一方で、半導体チップ接着面を平坦化するために、特開１１−３４０２４９号公報には、絶縁基板上に配線を形成すると共に、この配線が形成されていない領域にダミー配線を形成する提案がなされている。
【０００８】
【特許文献１】
特開１１−３４０２４９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開１１−３４０２４９号公報では、従来比べ、半導体チップ接着面を平坦化されるが、やはり、チップ接着面には配線及びダミー配線のパターンに沿った凹凸が生じているのが現状であり、より高い改善が求められている。
【００１０】
本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、リフロー後の反り返りを防止するために補強しつつ、チップ接着面が平坦化された半導体チップ搭載用配線基板の製造方法を提供することである。また、その製造方法を利用した半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明の半導体チップ搭載用配線基板の製造方法は、
絶縁基板上に半導体チップを搭載する半導体チップ領域と、前記半導体チップと電気的に接続される配線が形成される配線領域と、半導体チップ搭載用配線基板の強度を保つ補強層が形成される補強層領域と、を有する半導体チップ搭載用配線基板の製造方法であって、
前記半導体チップ領域の周辺に配置された前記配線領域に、前記配線を形成する工程と、
前記配線領域の周辺に配置された前記補強層領域に、前記補強層を形成する工程と、
前記配線、前記補強層及び前記半導体チップ領域を覆い、前記配線及び前記補強層に沿った凹凸を有した保護膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体チップ搭載用配線基板の製造方法では、配線領域が半導体チップ領域の周辺に配置されると共に、補強層領域が配線領域の周辺に配置されるので、半導体チップ領域は絶縁基板の平坦面となる。このため、絶縁基板に形成された保護膜の半導体チップ領域と重なる半導体チップ接着面も平坦となる。
【００１３】
このように、本発明の半導体チップ搭載用配線基板の製造方法では、補強層により、リフロー後の反り返りを防止可能に補強しつつ、チップ接着面が平坦化される。このため、半導体チップ搭載時におけるチップからの圧力を当該チップ接着面に均一に掛けられると共に、例えば、液状の接着剤（ダイスボンド剤）が均一に塗布され、半導体チップ周辺部に未充填部（ボイド）を発生させることなく、半導体チップを搭載可能となる。液状の接着剤の他、接着シートを用いる場合でも、凹凸を生じさせることなく接着シートを介在させることができ、隙間無く半導体チップが搭載可能となる。これにより、熱ストレスによる破損や半導体チップの剥れが防止される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、実質的に同様の機能を有するものには、全図面通して同じ符号を付して説明し、場合によってはその説明を省略することがある。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の半導体装置を示す概略構成図である。図２は、第１の実施の形態に係る半導体チップ搭載用配線基板を示す平面図である。図３は、第１の実施の形態に係る半導体チップ搭載用配線基板を作製するための工程図である。
【００１６】
図１に示す半導体装置では、配線基板１０上に、半導体チップ１２がその集積回路を上側（配線基板１０とは反対側）に向けて搭載され、封止樹脂１４により封止されている。
【００１７】
配線基板１０は、絶縁基板１６上に、半導体チップ１２の外部端子２６と電気的に接続される配線１８を形成し（図３（ａ））、絶縁基板１６を補強するための補強層２０を形成し（図３（ｂ））、さらに配線１８を保護するためのソルダーレジスト２２（保護膜）を形成している（図３（ｃ）。配線基板１０は、さらに配線１８と電気的に接続される半田ボール２４（外部端子）が形成されている。
【００１８】
絶縁基板１６は、図２に示すように、配線領域２８と、これに囲まれたチップ領域３０と、配線領域２８を囲むように絶縁基板１６周縁部に補強層領域３２と、に別けられており、配線領域２８に配線１８が形成されており、補強層領域３２に補強層２０が形成されている。配線１８、補強層２０は、例えば、銅など金属材料をメッキ処理などにより形成している。なお、補強層２０は、銅などの金属材料に限られず、導電材料、絶縁材料、問わずいずれを用いて形成してもよい。
【００１９】
絶縁基板１６上には、ソルダーレジスト２２が全面を覆うように形成されている。但し、配線１８とのコンタクトを取るためのスルーホールが一部設けられている（図示せず）。このソルダーレジスト２２の表面は、絶縁基板１６の配線領域２８及び補強層領域３２と重なる箇所では、各パターンに沿った凹凸を有しており、一方、チップ領域３０と重なる部分（本実施形態ではこの領域が半導体チップ１２接着面となる。）では平坦な絶縁基板１６面に沿って平坦となっている。
【００２０】
絶縁基板１６には、配線１８が形成されている面とは反対側の面に半田ボール２４が設けられており、半田ボール２４は絶縁基板１６に設けられたスルーホール（図示せず）を通じで配線１８と電気的に接続されている。
【００２１】
そして、絶縁基板１６におけるチップ領域３０と重なるソルダーレジスト２２面、即ちチップ接着面に、液状のダイスボンド剤を用いて半導体チップ１２が搭載されている。
【００２２】
半導体チップ１２は、金線等の配線材２７によってワイヤボンディングされて外部端子２６と配線１８とがと電気的に接続されている。
【００２３】
このように、本実施形態では、配線基板１０の絶縁基板１６表面（チップ搭載側の面）は、配線１８が形成された配線領域２８と、これに挟まれたチップ領域３０と、補強層２０が形成された補強層領域３２と、に別けられているため、絶縁基板１６表面を覆うソルダーレジストのチップ領域３０と重なる部分（即ち、この部分がチップ接着面となる）は、平坦な絶縁基板１６面に沿って平坦となっている。
【００２４】
このソルダーレジスト２２のチップ領域３０と重なる部分が平坦となることで、半導体チップをダイスボンドする際に、半導体チップ１２からの圧力を均一にチップ接着面に掛けられ、液状のダイスボンド剤が均一に塗布され、半導体チップ周辺部に未充填部（ボイド）を発生させることなく、半導体チップ１２を搭載可能となる。このため、この未充填部（ボイド）に起因するリフロー時などの熱ストレスによる破損や半導体チップの剥れが防止される。
【００２５】
また、別途、絶縁基板１６の周縁部には絶縁基板を補強するための補強層２０が形成されているため、リフロー時の反り返しを防止される。
【００２６】
本実施形態では、絶縁基板を補強するための補強層領域３２はチップ接着面とは重ならないため、補強層２０の厚膜化が可能であり、より効果的にリフロー時の反り返しを防止される。
【００２７】
（参考例）
図４は、参考例に係る半導体装置を示す概略構成図である。図５は、参考例に係る半導体チップ搭載用配線基板の作製するための工程図である。
【００２８】
本参考例は、図４に示すように、配線基板１０上にチップ領域３０と共に配線領域２８の一部を覆うようにして、半導体チップ１２が搭載されている形態である。
【００２９】
上記第１の実施形態では、ソルダーレジストのチップ領域３０と重なる部分よりも大きいサイズの半導体チップ１２を搭載する場合、また、チップ領域３０を十分に確保できない場合、ソルダーレジスト２２の絶縁基板１６の配線領域２８及び補強層領域３２と重なる箇所では、各パターンに沿った凹凸を有しているため、やはり、この凹凸に起因して搭載される半導体チップ１２周辺部に未充填部（ボイド）が発生してしまう虞がある。
【００３０】
そこで、本参考例は、図５に示すように、絶縁基板１６上に、半導体チップ１２の外部端子２６と電気的に接続される配線１８を形成し（図５（ａ））、絶縁基板１６を補強するための補強層２０を形成し（図５（ｂ））、そして、配線１８を保護するためのソルダーレジスト２２を厚手に塗布形成した後（図５（ｃ））、例えば研磨機３４によって当該ソルダーレジスト２２を切削研磨して平坦化して（図５（ｄ））作製した配線基板１０を用いる。
【００３１】
それ以外の構成は、第１の実施形態と同様なので、その説明を省略する。
【００３２】
本参考例では、ソルダーレジスト２２表面におけるチップ接着面が、補強層領域３２及び配線領域２８の各パターンに起因する凹凸が生じても、形成されるソルダーレジスト２２に平面化処理が施されているため、チップ接着面自体は平坦となる。このため、搭載する半導体チップのサイズを問わずに、上記第１の実施形態と同様に、リフロー時の反り返しを防止しつつ、熱ストレスによる破損や半導体チップの剥れが防止される。
【００３３】
なお、上記平滑化処理は、研磨機３４を用いて切削研磨を行ったが、これに限られず、例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって行ってもよい。
【００３４】
上記実施の形態及び参考例では、半導体チップ１２は、液状のダイスボンド剤を用いて搭載した例を説明したが、液状の接着剤の他、接着シートを用いる場合でも、凹凸を生じさせることなく接着シートを介在させることができ、隙間無く半導体チップが搭載可能となる。これにより、熱ストレスによる破損や半導体チップの剥れが防止される。
【００３５】
上記実施の形態及び参考例では、ＢＧＡ型の半導体装置の例を説明したが、その他、ＬＧＡやＣＳＰ型の半導体装置にも適用可能である。
【００３６】
なお、上記何れの実施の形態においても、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、リフロー後の反り返りを防止しつつ、熱ストレスによる破損や半導体チップの剥れを防止した半導体チップ搭載用配線基板及び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】 第１の実施の形態の半導体装置を示す概略構成図である。
【図２】 第１の実施の形態に係る半導体チップ搭載用配線基板を示す平面図である。
【図３】 第１の実施の形態に係る半導体チップ搭載用配線基板を作製するための工程図である。
【図４】 参考例に係る半導体装置を示す概略構成図である。
【図５】 参考例に係る半導体チップ搭載用配線基板を作製するための工程図である。
【図６】 従来の半導体チップ搭載用配線基板を示す平面図である。
【図７】 従来の他の半導体チップ搭載用配線基板を示す平面図である。
【図８】 従来の半導体チップ搭載用配線基板を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 配線基板
１２ 半導体チップ
１４ 封止樹脂
１６ 絶縁基板
１８ 配線
２０ 補強層
２２ ソルダーレジスト
２４ 半田ボール
２６ 外部端子
２７ 配線材
２８ 配線領域
３０ チップ領域
３２ 補強層領域
３４ 研磨機

Claims (3)

  1. 絶縁基板上に半導体チップを搭載する半導体チップ領域と、前記半導体チップと電気的に接続される配線が形成される配線領域と、半導体チップ搭載用配線基板の強度を保つ補強層が形成される補強層領域と、を有する半導体チップ搭載用配線基板の製造方法であって、
    前記半導体チップ領域の周辺に配置された前記配線領域に、前記配線を形成する工程と、
    前記配線領域の周辺に配置された前記補強層領域に、前記補強層を形成する工程と、
    前記配線、前記補強層及び前記半導体チップ領域を覆い、前記配線及び前記補強層に沿った凹凸を有した保護膜を形成する工程と、
    を有することを特徴とする半導体チップ搭載用配線基板の製造方法。
  2. 前記半導体チップ領域に形成された前記保護膜は、前記絶縁基板の面に沿って平坦であることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップ搭載用配線基板の製造方法。
  3. 請求項１又は２に記載の半導体チップ搭載用配線基板の製造方法により得られた半導体チップ搭載用配線基板を用いた半導体装置の製造方法であって、
    前記半導体チップ搭載用配線基板における前記半導体チップ領域に形成された前記保護膜上に半導体チップを搭載する工程を、有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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