JP3824545B2 - 配線基板、それを用いた半導体装置、それらの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板、それを用いた半導体装置、それらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型・高機能化を図るため、半導体パッケージの小型化やベアチップ実装が行われている。以下、図１０、図１１、図１２を用いて、従来の小型半導体パッケージであるＣＳＰについて説明する。まず図１０は、ＣＳＰの樹脂封止部の内部を透視状態で示した上面図である。
【０００３】
ここで、５３はインタポーザで、ガラスエポキシやポリイミドからなる回路基板を構成する。インタポーザ５３における半導体チップ５１の搭載面には複数の内部電極５４が列状に並んだ状態で設けられている。この内部電極５４と半導体チップ５１の電極５２とは、ボンディングワイヤ５５によって互いに電気的に接続されている。インタポーザ５３における半導体チップ５１の搭載面とは反対側の面には、図１１に示すように外部電極６１が設けられている。内部電極５４と外部電極６１とはスルーホール６４を介して電気的に接続されている。内部電極５４、外部電極６１、その他の導体配線は、Ｃｕで形成されている。内部電極５４の表面には、通常Ａｕめっきが施されている。
【０００４】
半導体チップ５１の電極５２とインタポーザ５３の内部電極５４とを接続するボンディングワイヤ５５はＡｕで形成されており、この接続部は封止樹脂で覆われている。ボンディングワイヤ５５と半導体チップ５１の電極５２との接合には通常ボールボンディング方式が用いられる。すなわちＡｕにて形成されたボンディングワイヤ５５の先端がボール状に形成されて電極５２の表面に接合される。また図１２に示すように、ボンディングワイヤ５５とインタポーザ５３の内部電極５４とは、このボンディングワイヤ５５の先端部が内部電極５４の表面で押しつぶされて、互いに接合される。
【０００５】
半導体チップ５１における電極５２どうしの配列のピッチは、上記のＡｕボール接合のために微細化が可能で、６０〜１２０μｍピッチ程度である。これに対し、インタポーザ５３の内部電極５４へのボンディングワイヤ５５の接合部は、Ａｕワイヤを押しつぶすためのキャピラリの先端部がこの接合部に直接接触することになる。そして、このキャピラリの先端部のサイズの影響を受けることで内部電極５４には１００μｍ幅程度のサイズが必要となり、このため内部電極５４どうしの配列ピッチは１４０μｍ程度になるのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の小型半導体パッケージによると、上述のようにインタポーザ５３の内部電極５４どうしのピッチ５８が大きいため、インタポーザ５３における内部電極５４を配置している部分の一辺長６７が大きくなる。その結果、半導体チップ５１からインタポーザ５３の端縁部までの距離６０が大きくなることで、パケージの小型化が困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、ボンディングワイヤとインタポーザの内部電極とにおける微細な接合を実現して、小型半導体パッケージを提供できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明の配線基板は、回路基板を形成する絶縁部と、前記絶縁部により支持された導体配線と、前記導体配線を横切って前記導体配線の両側の前記絶縁部上の領域に亘り形成された金属突起とを有し、前記絶縁部の表面に凹凸が形成され、前記金属突起は、前記絶縁部に達するように形成されて前記凹凸にく いこんでいることを特徴とするものである。
【０００９】
これにより、金属突起は導体配線の表面のみならずその側面をも覆うため、導体配線のサイズが小さくても十分な接合強度を達成することが可能となる。また金属突起は絶縁部に達するように形成されて凹凸にくいこんでいるため、この金属突起の接合強度を十分に確保することができる。そして本発明によれば、この配線基板を用いて、半導体チップの電極とインタポーザの電極との接合を実現できるため、半導体の内部電極の微細化を容易に図ることができ、多ピンであっても超小型の半導体パッケージを得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の本発明の配線基板は、金属突起が、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ａｕ−Ｓｎのいずれかにて形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の本発明の配線基板の製造方法は、回路基板の絶縁部上に形成された導体配線の一部において、金属線の先端部に形成した金属球を前記導体配線の表面および側面を覆ってこの導体配線に接合するように変形させるとともに、前記金属球を、前記絶縁部に達するように変形させてこの絶縁部の表面に形成された凹凸にくいこませ、次に前記導体配線に接合した金属球と金属線とを分離することで、前記導体配線上に金属突起を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に本発明の半導体装置は、上述の配線基板に半導体チップか搭載され、この半導体チップの電極と金属突起とが電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載の本発明の半導体装置は、半導体チップの電極と金属突起とが金属細線によって接続されていることを特徴とするものである。
請求項６に記載の本発明の半導体装置は、複数の金属突起を有し、金属突起どうしの配列ピッチが半導体チップの電極の配列ピッチと同等以下であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７に記載の本発明の半導体装置は、半導体チップの電極と金属突起とがフリップチップボンディング方式によって接続されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８に記載の本発明の半導体装置は、導体配線を有する回路基板に半導体チップが固定され、前記半導体チップの電極と前記回路基板の導体配線の一部とが金属細線で電気的に接続され、この導体配線と金属細線との接続部は、金属細線の先端の変形部が、前記導体配線の表面および側面を覆うとともに、前記金属細線の先端の変形部が、前記回路基板の絶縁部に達するように形成されて、この回路基板の絶縁部の表面に形成された凹凸にくいこんでいることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項９に記載の本発明の半導体装置は、回路基板に複数の導体配線が形成され、この導体配線における金属細線との接続部分の配列ピッチが半導体チップの電極の配列ピッチと同等以下であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１０に記載の本発明の半導体装置は、金属細線の先端の変形部がボール状に形成されていることを特徴とするものである。
請求項１１に記載の本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁部上に導体配線を有する回路基板に半導体チップを固定する工程と、前記半導体チップの電極と前記導体配線の一部とを金属細線で接続して、前記金属細線の先端の変形部が、前記導体配線の表面および側面を覆うとともに、前記絶縁部に達してこの絶縁部に形成された凹凸にくいこむようにする工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１２に記載の本発明の半導体装置の製造方法は、回路基板に複数の導体配線を形成し、この導体配線における金属細線の先端の変形部との接続部分の配列ピッチを半導体チップの電極の配列ピッチと同等以下とすることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１３に記載の本発明の半導体装置の製造方法は、金属細線の先端の変形部をボール状に形成することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態の配線基板と、それを用いた半導体装置と、その製造方法とについて、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態の配線基板としての部品搭載基板の上面図、図２はその断面図を示すものである。ここで、１は回路基板を形成する絶縁部としてのインタポーザで、ガラスエポキシ基板やポリイミド基板等により構成されている。インタポーザ１における一方の表面および他方の表面にそれぞれ設けられた内部電極２（導体配線）と外部電極４とは、スルーホール１０にて互いに電気的に接続されている。これら内部電極２と外部電極４とはＣｕで形成されており、通常その厚みは５〜３５μｍ程度である。内部電極２の表面には、Ｎｉ下地の上にＡｕめっきが施されている。
【００２２】
複数の内部電極２どうしの配列のピッチは、インタポーザ１に搭載される半導体チップ５の電極６のピッチと同等またはそれ以下になるようにされている。内部電極２の幅のサイズは、半導体チップ５の電極６のピッチが２０〜１００μｍ程度であるため、５〜４０μｍ程度とされている。このような内部電極２は、インタポーザ１のガラスエポキシ基板等に接着されたＣｕ箔をエッチングする方法や、めっき法などによって形成される。
【００２３】
３は金属突起としてのバンプで、図１、図２に示すように、内部電極２の一部分においてこの内部電極２の表面と側面とを覆って、インタポーザ１の絶縁部にまで達するように形成されている。このバンプ３の材料は、Ａｕ、Ｃｕ、はんだ、Ａｌ、Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ、Ａｕ−Ｓｎなどである。また、このバンプ３のサイズは、内部電極２の寸法およびその形成ピッチに合わせて決められている。すなわちバンプ３は、具体的には、その幅寸法が１０〜５０μｍ程度であるとともに、その厚みが１０〜５μｍ程度である。
【００２４】
バンプ３の形成方法としては、金属球を１個ずつ加熱加圧して内部電極２に接合する方法や、例えばガラス基板などにめっき等により形成したバンプ３を内部電極２の数だけ同時に一括接合する方法や、Ａｕワイヤとワイヤボンディングの技術を用いてＡｕボールを加熱加圧した状態で超音波などのエネルギーで接合し、そしてＡｕボールとＡｕワイヤとを切り離す方法などを用いることができる。このとき、バンプ３は、内部電極２の上面と接合することに加えて、その側面とも接合する。これにより、接合強度を確保することができる。また、図３に示すように、インタポーザ１の表面は通常、内部電極２との接着強度を上げるための微小な凹凸１１が形成されており、バンプ３はこの凹凸１１にも食い込ませることができ、これにより、さらにバンプ３と内部電極２の接合強度を上げることができる。また、図３に示すように、内部電極２をエッチングで形成し微細化する場合は、オーバーエッチングにより断面が三角形に近い状態になるが、この場合でも、バンプ３は内部電極２の側面と接合され、またインタポーザ１の絶縁部表面の凹凸にも食い込んでいるため、バンプ３の接合強度を十分に確保できる。
【００２５】
（実施の形態２）
次に、前述のように形成した部品搭載基板に半導体チップを実装した構造の例について、図４、図５、図６にもとづき説明する。図４、図５、図６において５は半導体チップ、６は半導体チップの電極、７は金属細線としてのボンディングワイヤである。
【００２６】
半導体チップ５の実装に際しては、まず、図４に示すように、半導体チップ５をインタポーザ１のほぼ中央に固着する。固着の方法としては、Ａｇペースト絶縁性樹脂で接着することなどが挙げられる。次に、ボンディングワイヤ７にて半導体チップ５の電極６とインタポーザ１の内部電極２を接続する。ボンディングワイヤ７はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕなどで形成されており、その線径は５〜２０μｍ程度である。
【００２７】
接合方式としては、超音波熱圧着によるボールボンディング方式や超音波によるウエッヂボンディング方式などを用いる。ボールボンディング方式の場合は、ボンディングワイヤ７における半導体チップ５の電極６側の接合部をボール状にし、また内部電極２のバンプ３への接合はボンディングワイヤ７を押しつぶした状態とする。
【００２８】
このとき、内部電極２の配列ピッチは、半導体チップ５の電極６の配列ピッチと同等以下となるようにされているため、内部電極２の配列の１辺長は半導体チップ５の１辺長と同等以下となる。このためインタポーザ１の外形を小さくすることができ、半導体チップ５が多ピン構造であっても、そのパッケージを超小型に構成することができる。
【００２９】
半導体チップ５の電極６とインタポーザ２の内部電極２の接合方法として、前述したボンディングワイヤ７による方法以外に、図７に示すようなフリップチップボンディング方式を用いることもできる。すなわち、ボンディングワイヤを用いずに、半導体チップ５の電極６とインタポーザ２の内部電極２とを直接接合することもできる。８は、接合部を固定するための樹脂である。この場合の接合方法としては、異方性導電性樹脂接合方式、Ａｕ−Ａｌ拡散接合方式などを用いる。
【００３０】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について、図８、図９にもとづいて説明する。ここでは、図８に示すように、半導体チップ５はインタポーザ１のほぼ中央部に固着されている。固着の方法は、実施の形態２で示したものと同様である。半導体チップ５の電極６とインタポーザ１の電極２とは、ボンディングワイヤ７により接続されている。インタポーザ１の内部電極２の配列ピッチは、半導体チップ５の電極６の配列ピッチと比べて同等以下である。
【００３１】
ボンディングワイヤ７の接合に際しては、Ａｕボールボンディング方式を用い、Ａｕボール９の接合をインタポーザ１の内部電極２側とする。このとき、図９に詳細に示すように、ボンディングワイヤ７の先端部に形成された変形部としてのＡｕボール９は、インタポーザ１の内部電極２の上面と側面に接合されるとともに、インタポーザ１の絶縁部にも及ぶように形成される。
【００３２】
前述したインタポーザ１として、有機材料にて形成された基板を示したが、セラミック基板でも同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、金属突起すなわちバンプや、金属細線の先端の変形部が、導体配線の表面のみならずその側面をも覆うため、導体配線のサイズが小さくても十分な接合強度を達成することができ、またバンプや金属細線の先端の変形部を絶縁部の表面の凹凸に食い込むように形成してさらなる接合強度を得ることができるので、半導体の内部電極の微細化を容易に図ることができ、多ピンであっても超小型の半導体パッケージを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における部品搭載基板の上面図
【図２】 図１の部品搭載基板の断面図
【図３】 図２におけるバンプ接合部の拡大断面図
【図４】 本発明の実施の形態２における半導体装置の上面図
【図５】 図４の半導体装置におけるバンプ接合部の拡大縦断面図
【図６】 図５のバンプ接合部の横断面図
【図７】 本発明の実施の形態２における他の半導体装置の断面図
【図８】 本発明の実施の形態３における半導体装置の上面図
【図９】 図８の半導体装置の断面図
【図１０】 従来例の半導体装置の上面図
【図１１】 図１０の半導体装置の要部の断面図
【図１２】 図１０および図１１の半導体装置における接続部の上面図
【符号の説明】
１ インタポーザ
２ 内部電極
３ バンプ
５ 半導体チップ
６ 電極
７ ボンディングワイヤ
９ Ａｕボール
１１ 凹凸

Claims (13)

1. 回路基板を形成する絶縁部と、前記絶縁部により支持された導体配線と、前記導体配線を横切って前記導体配線の両側の前記絶縁部上の領域に亘り形成された金属突起とを有し、
   前記絶縁部の表面に凹凸が形成され、前記金属突起は、前記絶縁部に達するように形成されて前記凹凸にくいこんでいることを特徴とする配線基板。
2. 金属突起は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ａｕ−Ｓｎのいずれかにて形成されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 回路基板の絶縁部上に形成された導体配線の一部において、金属線の先端部に形成した金属球を前記導体配線の表面および側面を覆ってこの導体配線に接合するように変形させるとともに、前記金属球を、前記絶縁部に達するように変形させてこの絶縁部の表面に形成された凹凸にくいこませ、次に前記導体配線に接合した金属球と金属線とを分離することで、前記導体配線上に金属突起を形成することを特徴とする配線基板の製造方法。
4. 請求項１または２記載の配線基板に半導体チップか搭載され、この半導体チップの電極と金属突起とが電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
5. 半導体チップの電極と金属突起とが金属細線によって接続されていることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
6. 複数の金属突起を有し、金属突起どうしの配列ピッチが半導体チップの電極の配列ピッチと同等以下であることを特徴とする請求項４または５記載の半導体装置。
7. 半導体チップの電極と金属突起とがフリップチップボンディング方式によって接続されていることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
8. 導体配線を有する回路基板に半導体チップが固定され、前記半導体チップの電極と前記回路基板の導体配線の一部とが金属細線で電気的に接続され、この導体配線と金属細線との接続部は、金属細線の先端の変形部が、前記導体配線の表面および側面を覆うとともに、前記金属細線の先端の変形部が、前記回路基板の絶縁部に達するように形成されて、この回路基板の絶縁部の表面に形成された凹凸にくいこんでいることを特徴とする半導体装置。
9. 回路基板に複数の導体配線が形成され、この導体配線における金属細線との接続部分の配列ピッチが半導体チップの電極の配列ピッチと同等以下であることを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
10. 金属細線の先端の変形部はボール状に形成されていることを特徴とする請求項８または９記載の半導体装置。
11. 絶縁部上に導体配線を有する回路基板に半導体チップを固定する工程と、
    前記半導体チップの電極と前記導体配線の一部とを金属細線で接続して、前記金属細線の先端の変形部が、前記導体配線の表面および側面を覆うとともに、前記絶縁部に達してこの絶縁部に形成された凹凸にくいこむようにする工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 回路基板に複数の導体配線を形成し、この導体配線における金属細線の先端の変形部との接続部分の配列ピッチを半導体チップの電極の配列ピッチと同等以下とすることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
13. 金属細線の先端の変形部をボール状に形成することを特徴とする請求項１１または１２記載の半導体装置の製造方法。

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