JP4300526B2 - チップサイズパッケージ - Google Patents

Description

本発明は、ＬＳＩのパッケージに係り、特に、ＬＳＩチップと略同じ大きさのチップサイズパッケージに関するものである。

従来、このような分野の技術としては、例えば、非特許文献１，２に記載されるようなものがあった。

従来、この種のパッケージは、μ−ＢＧＡ、チップサイズパッケージ、ＣＳＰ等種々の名前で呼ばれ、また色々なタイプのチップサイズパッケージが開発されている。

図８はかかる従来のチップサイズパッケージの一部破断斜視図である。

この図に示すように、ＬＳＩチップ１に半田蒸着と銅バンプを形成後、モールド樹脂２により樹脂封止し、外部端子用の半田バンプ３をつける。なお、４は配線パターン、５は電極パッドである。結果として、略ＬＳＩと同じ大きさのパッケージを得ることができる。

また、図９は従来のチップサイズパッケージのうちテープキャリア方式を示す断面図である。

この図において、ＬＳＩチップの表面には弾性のある接着剤６をコートし、ＬＳＩの各パッドにはフレキシブル配線７を接続し、且つこのフレキシブル配線７には半田バンプ９が形成されている。この半田バンプ９の周囲には、ポリイミドフィルム８等が形成され、前記した弾性のある接着剤６でこのＬＳＩに固定されている。１０は保護枠である。結果として、略ＬＳＩと同じ大きさのパッケージを得ることができる。

すなわち、このパッケージでは、ＬＳＩをバンプを有するポリイミド配線基板に実装し、次に、これを目的の配線基板に実装する形態をとっていた。

他の形態のパッケージにおいても、配線が施されたＬＳＩチップを、配線基板に実装するようにしている。
"日経マイクロデバイス"１９９５年２月号 Ｐ．９６〜９７ "チップサイズパッケージ技術"サーキットテクノロジ Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．７ Ｐ４７５〜４７８

しかしながら、上記したように、従来のチップサイズパッケージでは、ＬＳＩをウエハから切り出した後、各々のチップサイズパッケージを作製することになるので、専用の金型を必要とし、低価格化の障害となっていた。

また、従来のチップサイズパッケージでは、ＬＳＩを配線基板に実装するのに２回実装することとなり、工程数が多くなり、結果として高価格になる。

更に、ＬＳＩをウエハから切り出した後、各々のチップサイズパッケージを作製することとなるので、その作製が煩雑であり、製造の信頼性上も問題である。

また、従来エポキシ樹脂のモールドに関してはモールドに離型剤が添加されていた。これは金型と樹脂との接着を防ぐ目的のものであるが、ＬＳＩ及びその周辺の金属との接着力も弱くなり、信頼性低下につながった。

更に、今までにもＬＳＩにバンプを直接作製し、これをフェースダウン方式で基板に実装する方法は提案され、実用化している。しかし、この方法ではＬＳＩの保護が全くなされておらず、機械的にも弱いものであった。

本発明は、上記問題点を除去し、ＬＳＩを機械的に補強することができ、確実にウエハから切り出しを行うことができるチップサイズパッケージを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕表面と裏面とを有する半導体チップと、前記半導体チップの表面に形成された複数の電極と、前記半導体チップの表面を覆う樹脂と、前記複数の電極にそれぞれ電気的に接続された複数の半田ボールとを有するチップサイズパッケージにおいて、前記半導体チップの前記裏面に補強板が接着により貼り付けられており、前記補強板の端部は前記半導体チップの端部と連続する切断面を有すると共に、前記半導体チップの表面を覆う樹脂の端部も前記切断面と連続する切断面を有することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載のチップサイズパッケージにおいて、前記電極と前記半田ボールとを接続する配線が前記半導体素子の前記表面側に設けられており、この配線は前記複数の電極が形成された位置の側から、前記半導体チップの表面の中央側に向かって形成されていることを特徴とする。

〔３〕上記〔２〕記載のチップサイズパッケージにおいて、前記半導体チップの表面は四辺によって囲まれており、前記複数の電極は、前記四辺の各々の近傍に沿って形成されていることを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕から〔３〕のいずれか１項に記載のチップサイズパッケージにおいて、前記配線は、前記樹脂により覆われていることを特徴とする。

〔５〕上記〔４〕記載のチップサイズパッケージにおいて、前記半導体チップの前記表面上には保護膜が形成されており、前記配線はこの保護膜上に形成されていることを特徴とする。

〔６〕上記〔５〕記載のチップサイズパッケージにおいて、前記保護膜は、ＰＳＧ膜からなることを特徴とする。

〔７〕上記〔２〕から〔６〕のいずれか１項に記載のチップサイズパッケージにおいて、前記配線は、アルミニウム又は銅を含むことを特徴とする。

〔８〕上記〔１〕から〔７〕のいずれか１項に記載のチップサイズパッケージにおいて、前記複数の電極の各々は、一辺が５０μｍ〜１００μｍの長方形状、又は正方形状であり、約１μｍの厚さを有することを特徴とする。

〔９〕上記〔１〕から〔８〕のいずれか１項に記載のチップサイズパッケージにおいて、前記樹脂は、エポキシ樹脂を含むことを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

（１）ＬＳＩチップと同じ面積のチップサイズパッケージを得ることができる。

また、樹脂をチップ表面に被着しているので、いわゆる樹脂モールドとほぼ同じ信頼性を保証できる。

すなわち、パッケージは小さいままで、強度的にも、耐湿性等においても、いわゆるモールドパッケージと同等の信頼性を確保することができる。

（２）上記（１）の効果に加え、ＬＳＩの表面の強度と接続の信頼性を高めることができる。

（３）上記（１）の効果に加え、ＬＳＩのパッド電極と半田ボールとの位置を任意に変更でき、接続の自由度を高めることができる。

（４）パッケージ化の作業を全てウエハ単位で行えるため、工数が少なくなり、低価格化を実現できる。

このように、ウエハのカッティングを最後に行うので、各パッケージ当たりの工数が少なくなり、低価格化を実現できる。

（５）上記（４）の効果に加え、ＬＳＩをウエハから切り出す前に、そのウエハ全面に補強板を接着するようにしたので、ＬＳＩを機械的に補強することができ、確実にウエハから切り出しを行うことができる。

（６）金型を用いないので、エポキシ樹脂に離型剤を添加する必要はない。また、樹脂との接着を促進するシランカップリング剤等を有効に用いることができた。

（７）上記（６）と同様な効果を有するチップサイズパッケージを製造することができる。

本発明のチップサイズパッケージは、表面と裏面とを有する半導体チップと、前記半導体チップの表面に形成された複数の電極と、前記半導体チップの表面を覆う樹脂と、前記複数の電極にそれぞれ電気的に接続された複数の半田ボールとを有するチップサイズパッケージにおいて、前記半導体チップの前記裏面に補強板が接着により貼り付けられており、前記補強板の端部は前記半導体チップの端部と連続する切断面を有すると共に、前記半導体チップの表面を覆う樹脂の端部も前記切断面と連続する切断面を有するようにしたので、ＬＳＩを機械的に補強することができ、確実にウエハから切り出しを行うことができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の第１実施例を示すウエハの平面図、図２は図１のＡ−Ａ′線における半導体チップの製造工程断面図である。

図１においては、１枚のウエハが示されており、前処理を終了し、更に各ＬＳＩの電極にバンプを形成した状態を示している。

この図において、１０１，１０２，１０３，１０４…は各ＬＳＩであり、実線Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６，Ｃ８に沿ってウエハから切り取られる。

２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８は各ＬＳＩにおける電極であり、通常は１μｍ厚のアルミニウムが用いられる。３０１，３０２，３０３，…，３０８，…はバンプであり、この実施例では、いわゆるスタッド方式（ワイヤボンディングの技術を用い、ボンディング時のボールをバンプとする）を用いた。

また、電極２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０７，２０８は、各々１辺が５０〜１００μｍの長方形または正方形の形状をなしており、バンプ３０１，３０２，３０３…は通常各々最大直径が３０〜６０μｍで高さもほぼ同じ値である。

以下、図１に示されるＬＳＩ１０４のＡ−Ａ′線に沿ったウエハサイズチップの製造方法について図２を参照しながら説明する。

（１）まず、図２（ａ）に示すように、１００はＬＳＩ１０４を保護するためのＰＳＧ膜（酸化膜）であり、電極２０４，２０５上のバンプ３０４，３０５はワイヤボンディング技術で作製されるので先端がくびれた形状になっている。次工程前に１バンプ当たり６〜１０ｇの加重をかけ、各バンプ２０４，２０５の高さを揃え、また各バンプ２０４，２０５の先端の表面を平坦にしておくと都合がよい。

バンプ２０４，２０５の材質としては金、または銅が望ましい。両者とも、通常の技術で作製することができる。特に、金のスタッド方式のバンプに関しては、製造装置も販売され、ＬＳＩの前工程を変更することなく作製することができる。

また、銅バンプに関してはボンディング時、Ａｒに水素を添加したガス雰囲気が必要であり、またボンディング圧力も若干大きめなため、ＬＳＩのアルミ電極 の厚さを２μｍ程度と通常より厚くする必要が生じたが、条件を最適化することにより良好な銅のスタッド方式のバンプを得ることが可能である。

最近、錫−鉛を主成分にした半田ワイヤをボンディングして、半田のバンプをＬＳＩのアルミ電極に形成する技術も実用化されている。この技術を用いると容易に半田バンプ３０４，３０５を形成することができ、更に続行する工程も容易になる。

（２）全てのアルミ電極２０４，２０５にバンプ３０４，３０５を形成、加圧後、図２（ｂ）に示すように、ウエハ全面にエポキシ樹脂２００を被着し、ホットプレスにより押圧、加熱しつつ硬化させる。プレスによる圧力は、１５〜２０Ｋｇ重／ｃｍ² 、温度は８０〜１００℃、硬化時間にほぼ１時間を要した。この押圧工程により、バンプ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５…の平らな突起上面がエポキシ樹脂２００の表面に露出する。樹脂はエコボンド（エマーソンアンドカミング社製の商品名）のように硬化前後における体積変化率の低いものを用いた。樹脂や押圧条件により、バンプ３０４，３０５の平らな突起上面にエポキシ樹脂２００が薄く残存する場合がある。この時は表面をサンドペーパー、またはサンドブラスト等で若干研磨することで露出させることができた。

（３）次に、通常の工程により、図２（ｃ）に示すように、バンプ３０４，３０５の平らな突起上面に半田ボール６０４，６０５を設置する。エポキシ樹脂２００上に半田レジストが存在してもよい。これらの工程はウエハ全域にわたって行われる。半田ボール６０４，６０５を設置後、図１の実線Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６，Ｃ８に沿ってウエハをカッティングする。

上記のようにして、カッティングを行ったチップサイズパッケージを以下に示す。

図３は本発明の第１実施例を示すチップサイズパッケージの斜視図である。

この図において、６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，…は半田ボールである。また、この図の点線で示した５０は、このチップサイズパッケージを補強するための補強板である。このチップサイズパッケージは、表面にエポキシ樹脂をコーティングしているので十分な強度を持つが、使用する前においては、更なる強度を必要とする場合がある。ウエハカッティング前、補強板５０を貼り付けることにより、極少ない工程数で、補強板付きチップサイズパッケージを得ることができる。

この様な構造になっているから、ＬＳＩチップと同じ面積のチップサイズパッケージを得ることができる。

本発明によれば、この半導体パッケージは小さいままで、強度的にも、耐湿性等においてもいわゆるモールドパッケージと同等の信頼性を持つものである。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

図４は本発明の第２実施例を示すウエハのチップとなる部分の平面図、図５はそのウエハのチップの断面図（図４のＢ−Ｂ′線断面図）、図６は本発明の第２実施例を示すチップサイズパッケージの斜視図である。なお、第１実施例と同じ部分については、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。

これらの図において、４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６，４０７，…はエポキシ樹脂２００上に形成された配線金属であり、特に、配線金属４０２，４０４，４０５，４０７は、半田ボール６０２，６０４，６０５，…の位置をアルミ電極２０２，２０４，２０５，２０７の真上の位置から移動させるためのものである。この配線金属４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６，４０７，…を形成する工程は、例えばアルミニウム蒸着、ホトリソ、エッチング工程で行えばよく、なんら新しい技術は使用しない。また、メッキ技術によって形成してもよい。半田ボール６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，…を設置するため半田レジスト５００を形成する。

この実施例では、第１実施例のように、接続用の半田ボールをＬＳＩのアルミ電極の真上に形成するのではなく、平面的に離れた場所に形成する。

すなわち、図５に示すように、まず、第１実施例のように、ＬＳＩ１０４の各アルミ電極２０４，２０５上に、スタッドバンプ３０４，３０５をたて、次に、エポキシ樹脂２００を被着、押圧、加熱して、加工後、このエポキシ樹脂２００の表面に配線金属４０４，４０５を形成し、更に半田レジスト５００を塗布後、半田ボール６０４，６０５を設置する。

最後にウエハをカッティングしてＬＳＩを切り出す。

このように、半田ボール形成後、一枚のウエハをカッティングした一個のＬＳＩに相当する部分を拡大すると、図６のようになる。

この実施例では、バンプ形成後、半田ボール移動のための配線金属の形成を行った。エポキシ樹脂形成前に半田ボール移動のための配線金属の形成を行うことも可能である。

図７はかかる本発明の第３実施例を示す配線金属の形成を先に行った場合のチップサイズパッケージの要部断面図である。図５と同じ部分については、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。

この図において、７０４，７０５は半田ボール６０４，６０５の位置を移動するための配線金属、８０４，８０５はバンプである。

上記実施例によれば、接続用の半田ボール６０４，６０５が所望の場所にあるチップサイズパッケージを容易に得ることが可能である。

特に、第１実施例と同様に、ウエハのカッティングを最後に行うようにしたので、各パッケージ当たりの工数が少なくなり、低価格化を実現できる。また、エポキシ樹脂のＬＳＩへの接着力も十分なものが得られる。

第１実施例、第２実施例共にバンプはスタッドバンプとして説明した。しかし通常のメッキによるバンプを用いても、十分に本発明を実施することが可能である。

また、第１実施例、第２実施例はバンプ形成後、樹脂封止する工程を用いている。しかし、樹脂を全面に被着後、この樹脂を部分的に必要箇所に応じてホトリソ技術等で除去し、除去箇所に無電解メッキなどでバンプを形成する手法も有効である。

図１０〜図１２は本発明の第４実施例を示す図であり、図１０は本発明の第４実施例を示すチップサイズパッケージの製造工程断面図（図１１のＣ−Ｃ′線断面図）、図１１はそのチップサイズパッケージの平面図、図１２はそのチップサイズパッケージの斜視図である。

第１実施例と同じ部分については同じ符号を付してそれらの説明は省略する。

以下、そのチップサイズパッケージの製造方法を図１０を用いて説明する。

（１）まず、図１０（ａ）に示すように、ＬＳＩ１０４を保護するためのＰＳＧ膜（酸化膜）１００が形成される。アルミ電極２０４，２０５に接続されるバンプ３０４，３０５はワイヤボンディング技術で作製されるので先端がくびれた形状になっている。

バンプの材質としては金、または銅が望ましい。両者とも、通常の技術で作製することができる。特に、金のスタッド方式のバンプに関しては、製造装置も販売され、ＬＳＩの前工程を変更することなく作製することができる。

また、銅バンプに関してはボンディング時Ａｒに水素を添加したガス雰囲気が必要であり、またボンディング圧力も若干大きめなため、ＬＳＩのアルミ電極の厚さを２μｍ程度と通常より厚くする必要が生じたが、条件を最適化することにより、良好な銅のスタッド方式のアルミニウムを得ることが可能である。

最近、錫−鉛を主成分にした半田ワイヤをボンディングして半田のバンプをＬＳＩのアルミ電極に形成する技術も実用化されている。この技術を用いると容易に半田バンプ３０４，３０５を形成することができ、更に続行する工程も容易になる。

（２）次に、図１０（ｂ）に示すように、全てのＬＳＩ１０４のアルミ電極２０４，２０５にバンプ３０４，３０５を形成し、加圧による先端平坦化後、このウエハ全面に銅箔１４００（例えば、１５μｍの厚さ）を鑞付けする。この銅箔１４００表面に、予め錫あるいは半田等を１μｍ程度の厚さにメッキしておき、このメッキ膜（図示なし）とバンプ３０４，３０５とを低温鑞付けする。

次に、この銅箔１４００とＰＳＧ膜１００間にエポキシ樹脂１２００を注入、加熱硬化させる。樹脂は、エコボンド（エマーソンアンドカミング社製の商品名）のように、硬化前後における体積変化率の低いものを用いた。ＬＳＩ１０４と銅箔１４００間の距離は４０μｍ前後であるから、毛細管現象により効率よく、また、確実に樹脂１２００を充填でき、また、ＬＳＩ１０４表面、銅箔１４００面との接着性も極めて良好であった。なお、バンプ材料が半田である場合は、銅箔に予め錫、半田等をメッキしなくても容易にバンプと銅箔を接続できる。

（３）次いで、図１０（ｃ）に示すように、銅箔１４００をエッチング加工し、所望の配線金属１４０４，１４０５をエポキシ樹脂１２００上に形成した。銅箔１４００のエッチング加工は、例えば、感光性のドライフィルムを銅箔１４００にコーティング後、マスクを用いて露光、現像等の処理を行った後、塩化第二鉄の溶液による銅の選択エッチングにより行った。

（４）次に、配線金属１４０４，１４０５を形成後、半田ボール６０４，６０５を設置するため半田レジスト１５００を塗布し、その後、半田ボール６０４，６０５を所定の場所に設置する。

このようにして得られたチップサイズパッケージの平面を図１１に示す。

この図において、１４０１，１４０２，１４０３，１４０４，１４０５…は樹脂１２００上に形成された銅箔からなる配線金属であり、６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，…は半田ボールである。

ＬＳＩのアルミ電極２０１，２０３，２０６，２０８についてはその真上に外部回路との接続点（半田ボール６０１，６０３，…）を設置するようにしてある。アルミ電極２０２，２０４，２０５，２０７については、バンプ３０２，３０４，３０５，３０７上に形成された配線金属１４０２，１４０４，１４０５，…を通して、外部回路との接続点（半田ボール６０２，６０４，６０５，…）を移動できるよう設計されている。

半田ボール６０１，６０２，６０３、６０４，６０５，…の設置後、図１のように、点線Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６，Ｃ８に沿ってウエハをカッティングする。カッティング後のＬＳＩ１０４が図１２に示されている。

図１２に示した７００は、このチップサイズパッケージを補強するための補強板である。このチップサイズパッケージは表面にエポキシ樹脂をコーティングしているので十分な強度を持つが、使用する前においては、さらなる強度を必要とする場合がある。ウエハカッティング前、補強板７００を貼り付けることにより、極少ない工程で、補強板７００付きチップサイズパッケージを得ることが可能である。

また、エポキシ樹脂を半導体チップ表面に被着しているので、いわゆる樹脂モールドと略同じ信頼性を保証できる。

非特許文献１，２に示されているように、従来のチップサイズパッケージはＬＳＩのダイスカッティング後、パッケージを行っていた。しかし、本発明ではパッケージ化の作業を全てウエハ単位で行えるため、工数が少なく、低価格化を実現できる。

従来のエポキシ樹脂のモールドに関してはモールドに離型剤が添加されていた。これは金型と樹脂との接着を防ぐ目的のものであるが、ＬＳＩ及びその周辺の金属との接着力も弱くなり信頼性低下につながった。

しかし、本発明の技術では金型を用いないので、エポキシ樹脂に離型剤を添加する必要はない。また、樹脂との接着を促進するシランカップリング剤等を有効に用いることができる。

本発明のパッケージは小さいままで、強度的にも、耐湿性等においてもいわゆるモールドパッケージと同等の信頼性を持つものである。

本発明においては、バンプはスタッド方式として説明した。しかし通常のメッキによるバンプを用いることも当然可能であり、他の手法でもよい。またバンプの材料も銅、金、錫−鉛半田のみでなく、他の材料の使用も可能である。

ウエハ全面のバンプに張り付ける箔を銅箔として説明したが、これ以外に金箔、コバール板等を用いても良好なチップサイズパッケージを得ることができる。

また、各バンプとの接続は、低温鑞付けではなく、高温圧接、超音波接続等を用いても可能である。この場合、銅箔に半田メッキ、錫メッキ等は不要である。

銅箔のパターニングはドライフィルムを用いる手法で説明したが、レジストをコーティングする手法等の方法でも十分対応しえるものである。

銅箔とＬＳＩ間にエポキシ樹脂を毛細管現象で注入したが、例えばポリイミド樹脂等、他の系統の樹脂でも対応可能である。

外部回路との接続は半田ボールで行うとして説明したが、接続予定場所に金属片を溶接して接続端子とすることも可能である。あるいは導電性塗料を必要箇所に塗布してもよい。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明のチップサイズパッケージは、ＬＳＩのパッケージとして利用可能である。

本発明の第１実施例を示すウエハの平面図である。 図１のＡ−Ａ′線における半導体チップの製造工程断面図である。 本発明の第１実施例を示すチップサイズパッケージの斜視図である。 本発明の第２実施例を示すウエハのチップとなる部分の平面図である。 本発明の第２実施例を示すウエハのチップの断面図（図４のＢ−Ｂ′線断面図）である。 本発明の第２実施例を示すチップサイズパッケージの斜視図である。 本発明の第３実施例を示す配線金属の形成を先に行った場合のチップサイズパッケージの要部断面図である。 従来のチップサイズパッケージの一部破断斜視図である。 従来のチップサイズパッケージのうちテープキャリア方式を示す断面図である。 本発明の第４実施例を示すチップサイズパッケージの製造工程断面図（図１１のＣ−Ｃ′線断面図）である。 本発明の第４実施例を示すチップサイズパッケージの平面図である。 本発明の第４実施例を示すチップサイズパッケージの斜視図である。

符号の説明

５０，７００ 補強板
１００ ＰＳＧ膜（酸化膜）
１０１，１０２，１０３，１０４，… ＬＳＩ（半導体チップ）
２００，１２００ エポキシ樹脂
２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８ 電極（アルミニウム）
３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８，８０４，８０５，… バンプ（スタッドバンプ）
４０２，４０４，４０５，４０７，７０４，７０５，１４０１，１４０２，１４０３，１４０４，１４０５ 配線金属
５００，１５００ 半田レジスト
６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，… 半田ボール
１４００ 銅箔

Claims (1)

1. 表面と裏面とを有する半導体チップと、前記半導体チップの表面に形成された複数の電極と、前記半導体チップの表面を覆う樹脂と、前記複数の電極にそれぞれ電気的に接続された複数の半田ボールとを有するチップサイズパッケージにおいて、
   前記半導体チップの前記裏面に補強板が接着により貼り付けられており、前記補強板の端部は前記半導体チップの端部と連続する切断面を有すると共に、前記半導体チップの表面を覆う樹脂の端部も前記切断面と連続する切断面を有することを特徴とするチップサイズパッケージ。

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