專利名稱：半導體封裝及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體封裝及其制造方法，特別是涉及提高外引線鍵合(Out Lead Bonding，OLB)的連接可靠性的技術。
背景技術：
圖1是現(xiàn)有的半導體封裝的一個例子，是用內(nèi)填充樹脂把半導體芯片和布線層之間的連接部分密封起來的封裝的剖面圖。圖1A示出了封裝單體，圖1B示出了安裝狀態(tài)。
如圖1A和B所示，作為要在封裝基材20上邊形成的布線層30和半導體芯片10之間的接合部分的內(nèi)引線鍵合(Inner Lead Bonding，ILB)部分13，已用內(nèi)填充樹脂40密封起來。因此，內(nèi)填充樹脂40一直延伸到封裝端部為止。
此外，如圖1B所示，半導體封裝用焊錫75安裝到安裝基板80上。
圖2是用來說明圖1所示的半導體封裝的制造方法的說明圖。
首先，在具有ILB部分13、布線層30和安裝端子70的封裝基材上邊設置內(nèi)填充樹脂層40(圖2A)。
其次載置半導體芯片10，使該半導體芯片10的各個電極端子和布線層進行接合(圖2B)。
然后，用模鑄樹脂層60密封半導體芯片10和內(nèi)填充樹脂40(圖2C)。
圖3是現(xiàn)有的半導體封裝的另一個例子，是用模鑄樹脂而不是用內(nèi)填充樹脂密封半導體芯片與布線層之間的連接部分的封裝的剖面圖。圖3A示出了封裝單體，圖3B示出了安裝狀態(tài)。圖3所示的半導體封裝，在用模鑄樹脂而不是用內(nèi)填充樹脂把半導體芯片和布線層密封起來這一點上，與圖1所示的半導體封裝不同。
在具有ILB部分13、布線層30和安裝端子70的封裝基材上邊，不設置內(nèi)填充樹脂(圖4A)地載置半導體芯片10，使該半導體芯片10的各個電極端子和布線層30進行接合(圖4B)。
然后，用模鑄樹脂60密封半導體芯片10、封裝基材20、布線層30和ILB部分13(圖4C)。
對于在圖1所示的封裝構造中使用的內(nèi)填充樹脂40，要求以下那樣的3種特性。
(1)為了一攬子地密封ILB，流動性必須高。
(2)為了提高ILB的連接可靠性，熱膨脹系數(shù)α必須低。
(3)為了提高OLB的連接可靠性，必須是彈性模量E低的(柔軟的)物質(zhì)。
一般地說，熱膨脹系數(shù)α低的樹脂彈性模量E高，另一方面，熱膨脹系數(shù)α高的樹脂彈性模量E低。雖然也有熱膨脹系數(shù)α低而且彈性模量E低的樹脂，但是，這樣的樹脂價格昂貴。
即，在要使用內(nèi)填充樹脂的封裝的情況下，會產(chǎn)生以下那樣的3個問題。
(1)如果把熱膨脹系數(shù)α低但彈性模量E高的樹脂用做內(nèi)填充樹脂層，雖然ILB的連接可靠性會提高，但OLB的連接可靠性卻降低了。
(2)另一方面，如果把熱膨脹系數(shù)α高但彈性模量E低的樹脂用做內(nèi)填充樹脂層，雖然OLB的連接可靠性會提高，但ILB的連接可靠性卻降低了下來。
(3)這樣一來，如果不論對于哪一個特性都想要滿足高的水準，由于不得不使用NCF等昂貴的樹脂，故造價會增高。
此外，在圖3所示的封裝構造的情況下，(1)如果不使用內(nèi)填充樹脂，則在工程方面、材料方面造價低，(2)模鑄樹脂，一般地說由于熱膨脹系數(shù)α低，故具有ILB部分的連接可靠性高的優(yōu)點。但是，
(3)模鑄樹脂由于彈性模量E高(硬)，故具有OLB部分的連接可靠性低的缺點。之所以產(chǎn)生這樣的缺點，是因為如果安裝端子70上邊的模鑄樹脂60的彈性模量高，則應力會集中到OLB部分上的緣故。在不使用內(nèi)填充樹脂的情況下，當封裝尺寸增大時，OLB的連接可靠性就會變得相當?shù)汀榇?，在大型封裝的情況下，就必須使用內(nèi)填充樹脂。
(4)再有，在借助于切割使各個封裝單個化時，由于模鑄樹脂與銅圖形之間貼緊性低，故也會產(chǎn)生封裝端面的布線層30與模鑄樹脂層60之間的界面剝離下來的問題。
即，在不使用內(nèi)填充樹脂的封裝的情況下，會產(chǎn)生以下的問題。
(1)OLB的連接可靠性降低。
(2)在切割之際，在封裝端面上會產(chǎn)生剝離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例的半導體封裝的特征在于具備(a)封裝基材，(b)在上述封裝基材上邊形成，在往別的裝置上安裝時使用的安裝端子，(c)在上述封裝基材上邊形成，與上述安裝端子電連的布線層，(d)裝載在上述封裝基材上邊，與上述布線層電連的半導體芯片，(e)在上述布線層與模鑄樹脂層之間和在上述封裝基材與模鑄樹脂層之間形成的低彈性樹脂層，(f)密封上述封裝基材、上述布線層、上述半導體芯片和上述低彈性樹脂層的模鑄樹脂層，上述低彈性樹脂層的彈性模量E比上述模鑄樹脂層的彈性模量E低。
此外，本發(fā)明的實施例的半導體封裝的制造方法的特征在于(a)在封裝基材上邊形成布線層，(b)把半導體芯片電連接到上述布線層上，(c)在上述封裝基材的安裝端子上邊，形成彈性模量比模鑄樹脂還低的低彈性樹脂層，(d)在上述封裝基材、上述布線層、上述半導體芯片和上述低彈性樹脂層的上邊，形成模鑄樹脂層。


圖1A～B是現(xiàn)有的半導體封裝，是用內(nèi)填充樹脂密封半導體芯片和布線層之間的連接部分的封裝的剖面圖。圖1A示出了封裝單體，圖1B示出了安裝狀態(tài)。
圖2A～C是用來說明圖1所示的半導體封裝的制造方法的說明圖。
圖3A～B是現(xiàn)有的半導體封裝，是用模鑄樹脂而不是用內(nèi)填充樹脂密封半導體芯片與布線層之間的連接部分的封裝的剖面圖。圖3A示出了封裝單體，圖3B示出了安裝狀態(tài)。
圖4A～C是用來說明圖3所示的半導體封裝的制造方法的說明圖。
圖5A～C是本發(fā)明的實施例1半導體封裝的剖面圖、側視圖和斜視圖。圖5A示出了剖面圖，圖5B示出了側視圖，圖5C示出了斜視圖。
圖6的剖面圖示出了已把圖5的半導體封裝安裝到安裝基板上的狀態(tài)。
圖7A～C是用來說明圖5所示的半導體封裝的制造方法的說明圖。
圖8A～C是本發(fā)明的實施例2半導體封裝的剖面圖、側視圖和斜視圖。圖8A示出了剖面圖，圖8B示出了側視圖，圖8C示出了斜視圖。
圖9A～C是本發(fā)明的實施例3半導體封裝的剖面圖、側視圖和斜視圖。圖9A示出了剖面圖，圖9B示出了側視圖，圖9C示出了斜視圖。
圖10A～C是用來說明圖9所示的半導體封裝的制造方法的說明圖。
圖11A～C是本發(fā)明的實施例4半導體封裝的剖面圖和底視圖。
圖12是本發(fā)明的實施例5的半導體封裝的剖面圖。
具體實施例方式
參看

本發(fā)明的各個實施例。應當注意，在全部附圖中對于同一或類似的部分或部件賦予同一或類似的參考標號，而省略或簡化對同一或類似的部分或部件的說明。
(實施例1)圖5是本發(fā)明的實施例1半導體封裝的剖面圖、側視圖和斜視圖。圖5A示出了剖面圖，圖5B示出了側視圖，圖5C示出了斜視圖。
如圖5A、5B和5C所示，實施例1的半導體封裝，具備(a)封裝基材20，(b)在上述封裝基材20上邊形成，在往別的裝置上安裝時使用的安裝端子70，(c)在上述封裝基材20上邊形成，且與上述安裝端子70電連的布線層30，(d)裝載在上述封裝基材20上邊，且與上述布線層30電連的半導體芯片10，(e)在上述布線層30與模鑄樹脂層63之間和在上述封裝基材20與模鑄樹脂層63之間形成的低彈性樹脂層111，(f)密封封裝基材20、布線層30、半導體芯片10和低彈性樹脂層111的模鑄樹脂層63。上述低彈性樹脂層111的彈性模量E比上述模鑄樹脂層63的彈性模量E低。
作為封裝基材20，可以使用聚酰亞胺、玻璃環(huán)氧樹脂基板等。
布線層30的材料，包括銅和金等。
半導體芯片10和布線層30之間的電連，用倒裝(面朝下鍵合)法進行。在半導體芯片和布線層之間的電連方法中，除去倒裝法之外，還包括金絲鍵合法。
低彈性樹脂，包括環(huán)氧系熱硬化樹脂、聚丙烯系熱硬化樹脂等。低彈性樹脂，理想的是，例如，在-55℃時，熱膨脹系數(shù)α為30～100ppm/K，彈性模量E為1～6GPa。
模鑄樹脂，包括環(huán)氧系熱硬化樹脂、聯(lián)苯系熱硬化樹脂等。模鑄樹脂，理想的是，例如，在-55℃時，熱膨脹系數(shù)α為10～18ppm/K，彈性模量E為10～20GPa。
在實施例1中，低彈性樹脂層111的彈性模量E，在-65℃時，彈性模量E變成為1.9GPa，模鑄樹脂63的彈性模量E，在-65℃時，變成為20Gpa。此外，模鑄樹脂層63的熱膨脹系數(shù)α1為15ppm/K。
如圖5A和圖5C所示，在實施例1的半導體封裝中，在封裝端部及其附近，即在要配置在封裝中心部分處的半導體芯片10的周圍，形成低彈性樹脂層111。此外，如圖5B和圖5C所示，不僅在布線層30上邊，在封裝基材20上邊也可以形成低彈性樹脂層111。模鑄樹脂63，在低彈性樹脂層111上邊形成，并未連接到封裝基材20上。
圖6的剖面圖示出了已把圖5的半導體封裝安裝到安裝基板上的狀態(tài)。如圖6所示，用焊錫75把圖5的半導體封裝安裝到安裝基板80上。
圖7是用來說明圖5的半導體封裝的制造方法的剖面圖。
首先，在具有安裝端子70的封裝基材20上邊設置布線層30，然后，在布線層30上邊分別設置ILB部分13和低彈性樹脂層111(圖7A)。
低彈性樹脂層111，在使用膏狀的低彈性樹脂的情況下，采用用分配器實施涂敷的辦法形成，在使用薄膜狀的低彈性樹脂的情況下，則采用沖孔粘貼的辦法形成。
其次，載置半導體芯片10，使該半導體芯片10的各個電極端子和布線層進行接合(圖7B)。
此外，用模鑄樹脂63密封半導體芯片10、封裝基材20、布線層30、ILB部分13和低彈性樹脂層111(圖7C)。
實施例1的半導體封裝，具有以下的效果。
(1)在溫度循環(huán)試驗中，如果ILB連接部分周邊的樹脂的熱膨脹系數(shù)α高，則ILB部分的連接可靠性歸因于ILB部分的樹脂的膨脹而降低。但是，采用用熱膨脹系數(shù)α低的模鑄樹脂密封ILB部分的辦法，就會增高ILB部分的連接可靠性。
(2)在該情況下，如果模鑄樹脂的彈性模量高(硬)，則布線層與模鑄樹脂之間常常會產(chǎn)生剝離。但是，采用在布線層與模鑄樹脂層之間形成低彈性樹脂(柔軟的樹脂)層的辦法，就會改善OLB的連接可靠性。
(3)同樣，由于模鑄樹脂與布線層之間的貼緊性低，故在切割時，常常會在模鑄樹脂層與封裝基材之間產(chǎn)生剝離。但是，采用模鑄樹脂層與封裝基材之間形成粘接劑層(低彈性樹脂層)的辦法，模鑄樹脂層與封裝基材之間的界面就不會再剝離。
(4) 由于用模鑄樹脂層進行密封，不使用內(nèi)填充樹脂，故造價可以降低內(nèi)填充樹脂的材料費那么大的量。
(5)在低彈性樹脂層中使用的樹脂，由于只要僅僅使安裝端子部分，即封裝端子部分及其附近進行接合即可，故以彈性模量E低而且熱膨脹系數(shù)高的低價格的樹脂為好。為此，可以壓低造價。
(實施例2)圖8是本發(fā)明的實施例2半導體封裝的剖面圖、側視圖和斜視圖。圖8A示出了剖面圖，圖8B示出了側視圖，圖8C示出了斜視圖。
為避免重復說明，省略對于與實施例1的半導體封裝的共同點，僅僅對不同點進行說明。
在實施例2的半導體封裝中，僅僅在布線層30與模鑄樹脂層65之間設置有彈性樹脂層113。
即，如圖8B和圖8C所示，低彈性樹脂層113僅僅在布線層30的上表面上或僅僅在布線層30的上表面上和側面上形成。為此，在未設置布線層30的地方，使模鑄樹脂層65與封裝基材20進行接連。
低彈性樹脂層113，也可以在布線層30與模鑄樹脂層65之間的所有的界面上都不形成。即，(a)在布線層30與模鑄樹脂層65之間存在著低彈性樹脂層113的地方，和(b)在布線層30與模鑄樹脂層65之間不存在低彈性樹脂層113的地方也可以混合存在。
另外，低彈性樹脂層113，理想的是至少在位于會發(fā)生最大應力的布線層與模鑄樹脂層之間形成。
在實施例2中也可以得到與實施例1同樣的效果。此外，在實施例2中，可以采用僅僅在布線層與模鑄樹脂層之間形成低彈性樹脂層的辦法，來削減低彈性樹脂的使用量。歸因于減少低彈性樹脂的使用量，就可以實現(xiàn)低造價化。另外，歸功于模鑄注入法的特性，不論在實施例1的情況下還是在實施例2的情況下，模鑄樹脂的使用量都是相同的。
(實施例3)圖9是本發(fā)明的實施例3半導體封裝的剖面圖、側視圖和斜視圖。圖9A示出了剖面圖，圖9B示出了側視圖，圖9C示出了斜視圖。
為避免重復說明，省略對于與實施例1的半導體封裝的共同點，僅僅對不同點進行說明。
如圖9A和圖9C所示，作為布線層30與半導體芯片10之間的接合部分的ILB部分13，已用內(nèi)填充樹脂131密封起來。在內(nèi)填充樹脂中，包括NFC等。內(nèi)填充樹脂，理想的是，例如，在-55℃時，熱膨脹系數(shù)α為30～80ppm/K，彈性模量E為1～5GPa。
即，在實施例1和實施例2中，雖然用模鑄樹脂層把布線層30與半導體芯片10之間的電接合部分(ILB部分)13密封起來，但是在實施例3中，該接合部分卻用內(nèi)填充樹脂進行密封。
如圖9B和圖9C所示，與實施例1同樣地不僅在布線層10上邊，在封裝基材20上邊也可以形成低彈性樹脂層111。即，低彈性樹脂層111不僅與布線層30進行接觸，也與封裝基材20進行接觸。
圖10是用來說明圖9所示的半導體封裝的制造方法的說明圖。
首先，在具有安裝端子70的封裝基材20上邊設置布線層30，在布線層30上邊設置ILB部分13和低彈性樹脂層111，此外，在封裝基材20和布線層30上邊設置內(nèi)填充樹脂層131(圖10A)。低彈性樹脂層111，在使用膏狀的低彈性樹脂的情況下，采用用分配器實施的涂敷的辦法形成，在使用薄膜狀的低彈性樹脂的情況下，則采用沖孔粘貼的辦法形成。內(nèi)填充樹脂層131也與低彈性樹脂層111同樣地形成。
其次，載置半導體芯片10，使該半導體芯片10的各個電極端子和布線層進行接合(圖10B)。
此外，用模鑄樹脂層67密封半導體芯片10、低彈性樹脂層111、ILB部分13和內(nèi)填充樹脂層131(圖10C)。
實施例3的半導體封裝，具有
(1)采用在安裝端子上邊形成低彈性樹脂(柔軟的樹脂)層的辦法，提高OLB的連接可靠性，(2)采用安裝端子上邊形成粘接劑層(低彈性樹脂層)的辦法，使模鑄樹脂層不再剝離的、與實施例1和實施例2同樣的效果。
(3)在用模鑄樹脂對ILB部分進行密封的實施例1和實施例2的情況下，ILB部分，在從ILB連接工序到樹脂密封工序之間的運送時，ILB部分有可能會受到損傷。另一方面，采用用內(nèi)填充樹脂密封ILB部分的辦法，就可以降低受到這樣的損傷的可能性。
(實施例4)圖11是本發(fā)明的實施例4半導體封裝的剖面圖和底視圖。圖11A示出了剖面圖，圖11B示出了底視圖。另外，圖11C的底視圖示出了安裝端子的配置位置的另一個例子。實施例4是安裝端子部分變成為面狀的實施例。
為避免重復說明，省略對于與實施例1的半導體封裝的共同點，僅僅對不同點進行說明。
如圖11A和11B所示，在實施例4中，不僅在封裝基材20的周邊部分上設置有安裝端子70，在內(nèi)側還同心圓狀地并列設置有安裝端子72。
此外，如圖11C所示，也可以在比封裝基材20的周邊稍往內(nèi)的內(nèi)側設置安裝端子74，在再往其內(nèi)側四角形狀地排列起來設置有安裝端子76。如這些圖所示，安裝端子并不是非要設在半導體封裝的端部不可。
在實施例4中，也可以得到與實施例1同樣的效果。
(實施例5)是圖12本發(fā)明的實施例5的半導體封裝的剖面圖。實施例5用金屬絲15把半導體芯片10和布線層30連接起來。
在實施例5中，也可以得到與實施例1同樣的效果。另外，圖12雖然安裝端子70、72變成了面狀，但是，這并不意味著在把本發(fā)明應用于金絲鍵合型的情況下，安裝端子必須是面狀。
如上所述，倘采用本發(fā)明的實施例，則可以采用在布線層與模鑄樹脂之間形成低彈性樹脂(柔軟的樹脂)層的辦法，得到改善OLB的連接可靠性的效果。
權利要求
1.半導體封裝，其特征在于具備(a)封裝基材，(b)在上述封裝基材上邊形成，在往別的裝置上安裝時使用的安裝端子，(c)在上述封裝基材上邊形成，與上述安裝端子電連的布線層，(d)裝載在上述封裝基材上邊，與上述布線層電連的半導體芯片，(e)在上述布線層與模鑄樹脂層之間和在上述封裝基材與模鑄樹脂層之間形成的低彈性樹脂層，(f)密封上述封裝基材、上述布線層、上述半導體芯片和上述低彈性樹脂層的模鑄樹脂層，上述低彈性樹脂層的彈性模量比上述模鑄樹脂層的彈性模量低。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體封裝，其特征在于上述低彈性樹脂層僅僅在上述布線層與上述模鑄樹脂層之間形成。
3.根據(jù)權利要求2所述的半導體封裝，其特征在于上述低彈性樹脂層至少在位于上述安裝端子上邊的上述布線層與上述模鑄樹脂層之間形成。
4.根據(jù)權利要求3所述的半導體封裝，其特征在于上述低彈性樹脂層至少在位于會發(fā)生最大應力的上述安裝端子上邊的上述布線層與上述模鑄樹脂層之間形成。
5.根據(jù)權利要求1所述的半導體封裝，其特征在于上述布線層與上述半導體芯片之間的電連部分，用內(nèi)填充樹脂層密封。
6.一種半導體封裝的制造方法，其特征在于(a)在封裝基材上邊形成布線層，(b)把半導體芯片電連接到上述布線層上，(c)在上述封裝基材和上述布線層上邊，形成彈性模量比模鑄樹脂還低的低彈性樹脂層，(d)在上述封裝基材、上述布線層、上述半導體芯片和上述低彈性樹脂層的上邊，形成模鑄樹脂層。
7.根據(jù)權利要求6所述的半導體封裝制造方法，其特征在于上述低彈性樹脂層僅僅在上述布線層與上述模鑄樹脂層之間形成。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體封裝制造方法，其特征在于上述低彈性樹脂層至少在位于上述安裝端子上邊的上述布線層與上述模鑄樹脂層之間形成。
9.根據(jù)權利要求8所述的半導體封裝制造方法，其特征在于上述低彈性樹脂層至少在位于會發(fā)生最大應力的上述安裝端子上邊的上述布線層與上述模鑄樹脂層之間形成。
10.根據(jù)權利要求6所述的半導體封裝制造方法，其特征在于上述布線層與上述半導體芯片之間的電連部分，用內(nèi)填充樹脂層密封。
全文摘要
半導體封裝具備:封裝基材;在上述封裝基材上邊形成,在往別的裝置上安裝時使用的安裝端子;在上述封裝基材上邊形成,與上述安裝端子電連的布線層;裝載在上述封裝基材上邊,與上述布線層電連的半導體芯片;在上述布線層與模鑄樹脂層之間和在上述封裝基材與模鑄樹脂層之間形成的低彈性樹脂層;密封上述封裝基材、上述布線層、上述半導體芯片和上述低彈性樹脂層的模鑄樹脂層,上述低彈性樹脂層的彈性模量E比上述模鑄樹脂層的彈性模量E低。
文檔編號H01L21/56GK1385900SQ02108720
公開日2002年12月18日 申請日期2002年3月29日 優(yōu)先權日2001年3月30日
發(fā)明者舩倉寬, 細美英一, 小鹽康弘, 長岡哲也, 永野順也, 大井田充, 福田昌利, 黑須篤, 河合薰, 山方修武 申請人:株式會社東芝