JP2003051568A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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semiconductor device
semiconductor
resin
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Tetsuya Tao
哲也 田尾
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップサイズの大きな半導体装置における半
導体チップ及びパッケージ基板における反りと、温度サ
イクル試験における半田バンプの破壊を防止するととも
に、構造の簡易化及び低コスト化、高信頼性化を実現す
ることを可能にした半導体装置を提供するものである。 【解決手段】 樹脂で構成されたパッケージ基板１の上
面にシリコン等の半導体で形成された半導体チップ５を
半田バンプ６等によるフェイスダウンにより搭載する半
導体装置において、半導体チップ５とパッケージ基板１
との接合部の間隙内にヤング率が１００ｋｇｆ／ｍｍ2
以下、好ましくは熱膨張係数が８０〜１６０ｐｐｍ／℃
のアンダーフィル樹脂７を充填する。単一のアンダーフ
ィル樹脂のみで半導体チップ５及びパッケージ基板１の
反りを防止し、ひいてはＦＣＢＧＡパッケージの反りを
防止する。半導体装置の構造の単純化及び製造工程の簡
略化が実現でき、低コストな半導体装置が実現可能にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパッケージ基板上に
半導体チップを搭載してパッケージを構成する半導体装
置に関し、特にチップ直下におけるパッケージ基板での
反りと半田バンプの破壊を防止した半導体装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置のパッケージの一種として、
パッケージ基板の表面上に半田バンプを有する半導体チ
ップをフェースダウンにより搭載して半導体チップとパ
ッケージ基板とを機械的及び電気的に一体化した構造の
ものがある。また、この種の半導体装置では、パッケー
ジ基板の裏面にＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）ボ
ールを配設しておき、このＢＧＡボールに対して半導体
パッケージをマザーボードに実装する構成がとられてお
り、いわゆるＦＣＢＧＡパッケージの半導体装置として
構成されている。
【０００３】図１０はＦＣＢＧＡパッケージの一例を示
しており、絶縁基板に図外の多層の導電層を形成してパ
ッケージ基板１０１を形成し、このパッケージ基板１０
１の上面の周辺部に矩形枠状をしたＣｕの補強板１０８
を接着樹脂１０９により貼り付けるとともに、補強板１
０８で囲まれる領域内のパッケージ基板１０１の表面上
に半田バンプ１０６を有する半導体チップ１０５をフェ
ースダウンにより搭載し、半田バンプ１０６をパッケー
ジ基板１０１の搭載パッド１０４に半田付けする。そし
て、半導体チップ１０５とパッケージ基板１０１の間隙
内にアンダーフィル樹脂１０７を充填し、半田バンプ１
０６、すなわち接合部の接合強度を補強するために被覆
する。アンダーフィル樹脂１０７としてはヤング率が９
００ｋｇｆ／ｍｍ2 、熱膨張率が３０ｐｐｍ／℃のエポ
キシ系樹脂が用いられ、充填した後に、アンダーフィル
樹脂１０７を１５０℃，１ｈ（時間）程度で加熱して硬
化させる。また、半導体チップ１０５の上面にＡｇペー
スト１１０を塗布し、また補強板１０８の上面に接着樹
脂１１１を塗布し、これらの上にＣｕからなるリッド
（蓋体）１１２を覆った状態に配置し、接着樹脂１１１
を硬化させてリッド１１２を取り付けている。その後、
パッケージ基板１０１の下面に配設されているボールパ
ッド１１３にＢＧＡボール１１４を配設し、ＦＣＢＧＡ
パッケージとして構成している。
【０００４】この種の半導体装置では、半導体チップ１
０５はシリコンで構成され、パッケージ基板１０１は樹
脂で構成されることが多いため、半導体装置が熱履歴を
受けたときにシリコンと、パッケージ基板の樹脂との熱
膨張係数の相違により（シリコンの熱膨張係数＝３ｐｐ
ｍ／℃，パッケージ基板の熱膨張係数＝１６〜１８ｐｐ
ｍ／℃）、半導体チップ１０５とパッケージ基板１０１
との間に熱応力が発生し、半導体チップ１０５とパッケ
ージ基板１０１との接合部、すなわち半田バンプ１０６
の接合部分が破断されるおそれがある。また、破断に至
らないまでも、図１１に示すように、半導体チップ１０
５及びパッケージ基板１０１に曲げ力が作用し、半導体
チップ１０５、さらにはパッケージ基板１０１に反りが
発生することがある。特に、近年のこの種の半導体装置
ではパッケージ基板１０１を薄型に形成しているため、
同図のように半導体チップ１０５の直下でパッケージ基
板１０１に反りが発生し易く、この反りが発生すると、
この領域でのＢＧＡボール１１４の平坦性が劣化されて
しまい、同図に仮想線で示すマザーボードＭの表面の回
路パターンに対してＢＧＡボール１１４の一部が接触し
なくなる状態が生じ、実装の信頼性が低下するという問
題が生じる。また、このような状態で無理に実装を行う
とパッケージ基板１０１及び半導体チップ１０５に無理
な力が加わり、半導体チップ１０５にクラックが生じた
り、割れてしまい、さらに温度サイクル試験において半
田バンプ接続部の破壊等の問題が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、いわゆる
フリップチップ接続される半導体チップとパッケージ基
板との間の熱膨張係数の差が原因して生じる問題を解決
する第１の従来技術として、特開平１１−１４５３３６
号公報に記載の技術が提案されている。この技術は、ア
ンダーフィル樹脂の熱膨張係数を、半導体チップの熱膨
張係数よりも大きく、パッケージ基板の熱膨張係数より
も小さくしたもの、すなわち半導体チップとパッケージ
基板の熱膨張係数の中間の値としたものである。このよ
うにすることで、半導体チップとパッケージ基板の接合
部にヒートサイクルによって発生する熱応力、特に接合
部に生じる剪断力をアンダーフィル樹脂によって緩和す
ることが可能になり、半導体チップの接合部での破断を
防止することが可能になる。しかしながら、この第１の
従来技術では、アンダーフィル樹脂としてエポキシ樹脂
を用いているため、アンダーフィル樹脂が硬化した状態
では半導体チップとパッケージ基板とは一体化された状
態に保持されることになり、接合部における剪断力を緩
和することは可能でも、半導体チップとパッケージ基板
との熱膨張係数の違いに伴って生じる半導体チップ及び
パッケージ基板の曲げ変形、すなわち反りを防止するこ
とは難しい。また、第１の従来技術はパッケージ基板を
セラミックで構成した例についてであり、パッケージ基
板を樹脂で形成した構成について適用できるか否かは明
確ではない。
【０００６】一方、第２の従来技術として特開２０００
−４０７７６号公報には、半導体チップの半田バンプを
高弾性樹脂で覆うとともに、半導体チップとパッケージ
基板との間に半田バンプ及び高弾性樹脂を覆うように低
弾性樹脂を充填した技術が提案されている。この技術で
は、高弾性樹脂が熱膨張係数の差に伴う半導体チップと
パッケージ基板との相対的変位を小さくして半田バンプ
に加わる応力（剪断力）を緩和して半田バンプの破断を
防止するとともに、低弾性樹脂が半導体チップとパッケ
ージ基板との間に発生する応力を吸収分散させて低弾性
樹脂における剥離を防止することが可能になる。
【０００７】しかしながら、この第２の従来技術では低
弾性樹脂としてヤング率が２００ｋｇｆ／ｍｍ2 以下の
シリコーン樹脂を用いているが、後述するように、本発
明者の実験によれば、この程度のヤング率の低弾性樹脂
では、半導体チップとパッケージ基板との間に生じる応
力を緩和して半導体チップとパッケージ基板に発生する
反りを防止する効果が期待できないことが判明した。す
なわち、これまでのチップサイズが５〜１０ｍｍ□程度
の半導体装置では、前記したヤング率程度の低弾性樹脂
を用いた場合においてもある程度の反り防止効果は得ら
れるが、近年のようにチップサイズが１５ｍｍ□のよう
に大型化している半導体装置では、反り量がチップサイ
ズに追従して増大するために、このような大型化した半
導体チップにおける反りを防止することは困難である。
なお、低弾性樹脂のヤング率をさらに低くすることが考
えられるが、公報に記載のシリコーン樹脂のヤング率は
１００ｋｇｆ／ｍｍ2 以下にまで低くすることは困難で
あり、結局チップサイズの大きな半導体装置における半
導体チップやパッケージ基板の反りや温度サイクル試験
による半田バンプの破壊を防止することは困難である。
【０００８】さらに、第３の従来技術として特開２００
１−１２７０９５号公報には、半導体チップの電極パッ
ド形成面上に層間絶縁膜及び樹脂封止層を設け、これら
層間絶縁膜及び樹脂封止層を貫通して露出する外部接続
端子としての突起状電極を備えた半導体装置において、
当該半導体チップを実装する実装基板（パッケージ基
板）との間の熱膨張係率の相違によって生じる熱ストレ
スに伴う突起状電極でのクラックの発生を防止するため
に、当該層間絶縁膜の一部を特定の低熱膨張率及び特定
の低弾性率を有する樹脂によって形成する技術が記載さ
れている。この技術では、層間絶縁膜において熱ストレ
スを緩和して突起状電極でのクラックを防止し、実装後
の接続信頼性を高めることが可能である。
【０００９】しかしながら、この第３の従来技術は、半
導体チップの電極パッド形成面上に層間絶縁膜と封止樹
脂を形成した上で突起状電極を形成してフリップチップ
接続する半導体チップを形成する必要があるため、製造
工程数が多くなり、低価格化を図る上での障害になる。
また、この従来技術は実装基板と半導体チップとの間に
アンダーフィル樹脂を充填する半導体装置ではないた
め、本発明のように半導体チップとパッケージ基板との
間にアンダーフィル樹脂を充填し、当該アンダーフィル
樹脂を改善して前述の問題を解消しようとした半導体装
置に適用することは困難である。
【００１０】本発明の目的は、チップサイズの大きな半
導体装置における半導体チップ及びパッケージ基板にお
ける反りと温度サイクル試験による半田バンプの破壊を
防止するとともに、構造の簡易化及び低コスト化を実現
することを可能にした半導体装置を提供するものであ
る。なお、前記及び以降に記載の「反りの防止」とは、
後述するように反り量を許容される反り量内に抑制する
ことを含んでいる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、樹脂で構成さ
れたパッケージ基板の電極とシリコンの半導体で形成さ
れた半導体チップの電極が接続された半導体装置におい
て、前記半導体チップとパッケージ基板との接合部の間
隙内にヤング率が１００ｋｇｆ／ｍｍ2 以下のアンダー
フィル樹脂を充填したことを特徴とする。この場合、ア
ンダーフィル樹脂は熱膨張係数が８０〜１６０ｐｐｍ／
℃の範囲であることが好ましい。例えば、アンダーフィ
ル樹脂としてポリエーテル変性のエポキシ樹脂を用い
る。また、半導体チップのチップサイズが１５ｍｍ□以
上のときに、アンダーフィル樹脂は、ヤング率が２０ｋ
ｇｆ／ｍｍ2 以下であることが好ましい。また、本発明
はパッケージ基板の下面には半導体チップの直下領域を
含む領域にＢＧＡボールが配列されている半導体装置、
並びに、半導体チップは半田バンプを有し、当該半田バ
ンプをパッケージ基板の上面の搭載パッドに接続した半
導体装置に適用される。
【００１２】本発明の半導体装置では次に述べる形態と
して構成されることが好ましい。パッケージ基板の上面
には半導体チップの周囲に枠状の補強板が配置され、か
つ半導体チップを覆うように補強板の上面に板状のリッ
ドが固着される。また、アンダーフィル樹脂は前記パッ
ケージ基板の上面のほぼ全域にわたって設けられる。さ
らに、パッケージ基板の下面には半導体チップの近傍位
置から周辺領域にわたって延長された凹溝が形成され
る。この凹溝は、例えば、前記半導体チップの四隅部の
近傍位置から四周辺方向に放射状に形成される。或い
は、パッケージ基板の上面には半導体チップの直下の領
域に凸状部が形成されて当該領域の板厚が増大される。
【００１３】本発明によれば、半導体チップとパッケー
ジ基板との接合部の間隙内にヤング率が１００ｋｇｆ／
ｍｍ2 以下のアンダーフィル樹脂、好ましくは熱膨張係
数が８０〜１６０ｐｐｍ／℃のアンダーフィル樹脂を充
填することにより、半導体チップの反り、及びパッケー
ジ基板の反りを防止し、マザーボードに対する好適な実
装が実現できる。特に、ヤング率が２０ｋｇｆ／ｍｍ2
のアンダーフィル樹脂を用いることにより、半導体チッ
プのチップサイズが１５ｍｍ□以上の半導体装置におい
ても反りを有効に防止することが可能になる。そのた
め、単一の低弾性樹脂のみでＦＣＢＧＡパッケージにお
ける反りと温度サイクル試験による半田バンプの破壊を
防止することができ、半導体装置の構造の単純化及び製
造工程の簡略化が実現でき、低コスト化、高信頼性化が
実現可能になる。
【００１４】また、本発明によれば、パッケージ基板に
補強板及びリッドを設けた半導体装置に適用すること
で、パッケージ基板の機械的な強度を高め、アンダーフ
ィル樹脂によるパッケージ基板の反りの防止効果に加え
てパッケージ基板の反り抑制効果を高めることが可能で
ある。さらに、アンダーフィル樹脂をパッケージ基板の
全面に形成することで、アンダーフィル樹脂によるパッ
ケージ基板の反りの防止効果を高めることができる。さ
らに、パッケージ基板の下面に凹溝を設けた構成や、パ
ッケージ基板の半導体チップ直下の板厚を増大する構成
とすることで、前記したアンダーフィル樹脂による反り
と温度サイクル試験による半田バンプの破壊の防止効果
をさらに高めることが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明をＦＣＢＧＡパッケー
ジとして構成した半導体装置の第１の実施形態の断面図
である。パッケージ基板１は所要パターンの複数の導電
層を絶縁層う介して積層した薄板状の多層配線構造の基
板として構成されており、各層の導電層２はビア３によ
って相互にかつ選択的に電気導通されている。前記パッ
ケージ基板１の上面には所要のパターンをした配線層の
一部で搭載パッド４が形成され、この搭載パッド４には
半導体チップ５がフェイスダウンで搭載されている。前
記半導体チップ５はチップサイズが１７ｍｍ□で、下面
にはピッチ２４０μｍで３０００個の半田バンプ６が配
列されている。そして、前記搭載パッド４の表面に形成
された図外の予備半田に溶融接続されている。また、こ
の半田バンプ１個の破壊強度は１１０〜１４０、平均１
２０ｇが得られている。前記半田バンプ６によって搭載
されている半導体チップ５とパッケージ基板１との間隙
の寸法は１４０μｍ程度であり、この間隙を塞ぐように
半導体チップ５の下面ないし側面の領域にわたってアン
ダーフィル樹脂７が充填されている。
【００１６】また、前記パッケージ基板１の上面には、
前記半導体チップ５の周囲に枠状をしたＣｕからなる補
強板８が接着樹脂９により貼り付けられている。そし
て、前記半導体チップ５の上面にはＡｇペースト１０が
塗布され、また補強板８の上面には接着樹脂１１が塗布
され、これらの上にはＣｕからなるリッド（蓋体）１２
が被せられ、前記接着樹脂１１を硬化させてリッド１２
を取り付けている。さらに、前記パッケージ基板１の下
面には多数のボールパッド１３が配設されるとともに、
これらボールパッド１３にＢＧＡボール１４を配設して
前記したＦＣＢＧＡパッケージを構成している。このＦ
ＣＢＧＡパッケージとしての半導体装置は、図外のマザ
ーボードの回路パターン上に載置され、当該回路パター
ンの一部で構成される実装ランドに前記ＢＧＡボール１
４により実装される。
【００１７】前記半導体チップ５とパッケージ基板１と
の間に充填されて半田バンプ６を覆うアンダーフィル樹
脂７は、低ヤング率かつ高膨張係数の樹脂を用いてお
り、ここでは、ポリエーテル変性のエポキシ系樹脂を使
用している。この種のエポキシ系樹脂の中でも、図２に
ヤング率と熱膨張係数との分布を示すように、ヤング率
が１００ｋｇｆ／ｍｍ2 （以下、Ｅ１００のように表
す）以下のもの、特にここでは楕円領域で示すＥ２０以
下のうち、Ｅ１１のものを使用した。なお、熱膨張係数
はヤング率に対して相関を有しているが、前記したヤン
グ率がＥ１００以下の樹脂の熱膨張係数は概ね８０〜１
６０ｐｐｍ／℃（以下、α８０〜１６０のように表す）
となる。
【００１８】以上のように、アンダーフィル樹脂とし
て、これまでの樹脂と比較してヤング率をＥ１００以
下、好ましくはＥ２０以下であるＥ１１のように格段に
低く、熱膨張係数がα８０〜１６０の従来に比較して高
熱膨張係数の樹脂を使用することにより、半導体チップ
５とパッケージ基板１との間に生じる熱応力を緩和し、
半導体チップ５及びその直下におけるパッケージ基板１
の反りと半田バンプ破壊を防止することが可能になる。
測定によれば、図３に模式図を示すように、半導体チッ
プ５の周辺部に対する中心部における反り量は２０μｍ
程度であり、半導体チップ５の直下のパッケージ基板１
の下面における反り量は１００μｍ程度である。この種
の半導体装置では、半導体チップの反り量が４０μｍ、
パッケージ基板１における反り量が１５０μｍ程度まで
は許容することができ、本実施形態の第１の実施形態の
前記ＦＣＢＧＡパッケージではこの許容範囲内にあるこ
とが判る。この許容範囲を満たすことにより、ＦＣＢＧ
Ａパッケージをマザーボードに実装する際における、Ｂ
ＧＡボール１４の平坦性が劣化されることによる実装信
頼性の低下や、半導体チップ５におけるクラックや割れ
や温度サイクル試験による半田バンプの破壊等の問題は
生じことはなく、好適な実装が実現できる。
【００１９】ここで、本発明者はチップサイズが、５ｍ
ｍ□，７ｍｍ□，１０ｍｍ□，１３ｍｍ□，１５ｍｍ
□，１８ｍｍ□，２０ｍｍ□，２２ｍｍ□の各半導体チ
ップを図１の構成のパッケージ基板に搭載するととも
に、各半導体チップに対してそれぞれヤング率（括弧内
は熱膨張係数）がＥ９００（α３２），Ｅ２００（α７
５），Ｅ１１（α９０），Ｅ３．０（α１１０），Ｅ
１．０（α１３０），Ｅ０．２（α１６０）のアンダー
フィル樹脂を充填したＦＣＢＧＡパッケージを想定し、
これらのＦＣＢＧＡパッケージについての半導体チップ
及びパッケージ基板（ＰＫＧ）の反り量を測定したシミ
ュレーションを行った。その結果を図４及び図５に示
す。
【００２０】これらの図から判るように、前述した好適
な実装を実現するための要件であり半導体チップの反り
量４０μｍ以下、パッケージ基板の反り量１５０μｍ以
下を満たすアンダーフィル樹脂は、半導体チップのチッ
プサイズに依存性を有しているが、近年における半導体
チップのチップサイズが１５ｍｍ□以上において前記条
件を満たすにはヤング率をＥ２００よりも小さくするこ
とが要求される。さらに、現在のチップサイズ１０ｍｍ
□〜１５ｍｍ□に対する前記条件をより厳しくして半導
体チップの反り量を２０μｍ以下、パッケージ基板１の
反り量１００μｍ以下にした場合にこの条件を満たすと
ともに、今後要求されるようになるチップサイズ１８ｍ
ｍ□〜２２ｍｍ□に対する条件を満たすためには、ヤン
グ率をＥ２０以下にすることが必要であることが判明し
た。
【００２１】なお、図２に、本発明において要求される
ヤング率のアンダーフィル樹脂と、従来のアンダーフィ
ル樹脂のヤング率、熱膨張係数の特性分布を比較して示
している。従来のアンダーフィル樹脂は同図の左上の楕
円領域に分布されており、本発明にかかるアンダーフィ
ル樹脂は同図の右下の楕円領域に分布されている。
【００２２】以上のように、前記実施形態のＦＣＢＧＡ
パッケージでは、アンダーフィル樹脂７としてヤング率
がＥ１００以下、熱膨張係数がα８０〜１６０のものを
使用することにより、半導体チップ５の反りを防止して
パッケージ基板１の反りを防止し、温度サイクル試験に
よる半田バンプの破壊を防止し、マザーボードに対する
好適な実装が実現できる。そのため、前述の第２の従来
技術のように、半導体チップの半田バンプを高弾性樹脂
で覆うことを必要とすることなく、単一の低弾性樹脂の
みでＦＣＢＧＡパッケージの反りを防止することがで
き、構造の単純化及び製造工程の簡略化が実現でき、低
コスト化、高信頼性化が実現できることになる。
【００２３】ここで、本発明におけるＦＣＢＧＡパッケ
ージは第１の実施形態の構造に限られるものではない。
例えば、図６は第２の実施形態の断面図であり、第１の
実施形態と同様に多層配線の構造として形成されている
パッケージ基板１に半導体チップ５を半田バンプ６を用
いたフェイスダウンで搭載し、半導体チップ５とパッケ
ージ基板１との間隙に半田バンプ６を覆うようにヤング
率がＥ１００以下、熱膨張係数がα８０〜１６０のアン
ダーフィル樹脂７を充填したのみの構成としてもよい。
すなわち、半導体チップ５が露出した状態のベアチップ
構造の半導体装置として構成したものである。この第２
の実施形態が適用されるＦＣＢＧＡパッケージでは、第
１の実施形態のようなＣｕからなる補強板やリッドが存
在していないため、構造が簡略化でき、さらなる薄型化
が実現できるが、その反面でパッケージ基板は反りが生
じ易いものとなっている。しかしながら、アンダーフィ
ル樹脂７にヤング率がＥ１００以下のものを使用するこ
とにより、第１の実施形態と同様に半導体チップ５とパ
ッケージ基板１における反りを防止し、マザーボードに
対する好適な実装が実現できる。
【００２４】図７は第３の実施形態のＦＣＢＧＡパッケ
ージの断面図であり、第１及び第２の実施形態と同様に
パッケージ基板１に半導体チップ５を半田バンプ６によ
り搭載した後、半導体チップ５とパッケージ基板１の間
隙はもとより、パッケージ基板１の上面のほぼ全面にわ
たって半導体チップ５の上面とほぼ同じ高さとなるよう
な厚さにヤング率がＥ１００以下、熱膨張係数がα８０
〜１６０のアンダーフィル樹脂７を形成したものであ
る。この構造では、第２の実施形態と同様にＦＣＢＧＡ
パッケージの構造の簡易化、薄型化が実現できるととも
に、アンダーフィル樹脂７にヤング率がＥ１００以下の
ものを使用することにより、第１の実施形態と同様に半
導体チップ５とパッケージ基板１における反りを抑制
し、マザーボードに対する好適な実装が実現できる。ま
た、この実施形態では、パッケージ基板１の上面のほぼ
全面にアンダーフィル樹脂７が厚い膜状に存在している
ため、パッケージ基板１の上面の半導体チップ５を搭載
した以外の領域において生じる応力をそれぞれ吸収緩和
することも可能であり、半導体チップ５及びその直下の
みならずパッケージ基板１の全体の反りを防止すること
ができる。
【００２５】図８（ａ），（ｂ）は第４の実施形態のＦ
ＣＢＧＡパッケージの断面図及び裏面図である。この実
施形態は第１の実施形態の変形例であり、図１と同一部
分には同一符号を付してある。この実施形態では、パッ
ケージ基板１の下面に半導体チップ５の周辺部に相当す
る位置から四隅方向に向けて放射状に、しかもＢＧＡボ
ール１４と干渉しない領域に沿って所要の幅で所要の深
さの凹溝１５を形成している。この凹溝１５を備えたＦ
ＣＢＧＡパッケージを構成することにより、前記各実施
形態と同様にアンダーフィル樹脂７による半導体チップ
５及びパッケージ基板１の反りを抑制するとともに、凹
溝１５におけるパッケージ基板１の微小な変形によって
パッケージ基板１に加わる応力を吸収することができ、
パッケージ基板１における反り、さらには半導体チップ
５における反りをさらに有効に抑制することができる。
なお、前記凹溝１５はパッケージ基板１に要求される機
械的な強度を保持する一方でＢＧＡボール１４と干渉し
ないものであれば、本実施形態の構成に限られるもので
はなく、任意の本数で任意の位置に、しかも任意の断面
形状で任意の幅、深さ、長さ寸法に形成することが可能
である。また、本実施形態における凹溝１５は前記第２
及び第３の実施形態の各ＦＣＢＧＡパッケージについて
も同様に形成することで、半導体チップ５及びパッケー
ジ１での反りをさらに有効に防止することが可能であ
る。
【００２６】図９は第５の実施形態のＦＣＢＧＡパッケ
ージの断面図である。この実施形態は第２の実施形態の
変形例であり、図６と同一部分には同一符号を付してあ
る。この実施形態では、パッケージ基板１の半導体チッ
プ５が搭載される領域の板厚を周辺部よりも増大し、こ
の領域を凸状部１６として形成したものである。したが
って、半導体チップ５を搭載するために配線層の一部で
形成された搭載パッド４は前記凸状部１６の表面に形成
されることになる。この凸状部１６を備えるＦＣＢＧＡ
パッケージでは、前記各実施形態と同様にアンダーフィ
ル樹脂７による半導体チップ５及びパッケージ基板１の
反りを抑制するとともに、パッケージ基板１に設けた凸
状部１６によって半導体チップ５の直下におけるパッケ
ージ基板１の剛性を高めてパッケージ基板１における反
り、さらには半導体チップ５の反りをさらに有効に抑制
することができる。なお、本実施形態における凸状部１
６は前記第１，第３，第４の各実施形態のＦＣＢＧＡパ
ッケージについても同様に形成することで、反りと温度
サイクル試験による半田バンプの破壊をさらに有効に防
止することが可能である。
【００２７】ここで、本発明は半導体チップを半田バン
プ等によりパッケージ基板にフェイスダウンにより搭載
するとともに、パッケージ基板は下面に設けたＢＧＡボ
ールによりマザーボードに実装を行う構成の半導体装置
であれば、半導体チップとパッケージ基板との間隙を充
填するためのアンダーフィル樹脂として本発明にかかる
アンダーフィル樹脂を適用することで、前記各実施形態
と同様に半導体チップやパッケージ基板での反りと温度
サイクル試験による半田バンプの破壊を有効に防止する
ことができる半導体装置を実現することが可能である。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体チ
ップとパッケージ基板との接合部の間隙内にヤング率が
Ｅ１００以下のアンダーフィル樹脂、好ましくは熱膨張
係数がα８０〜１６０のアンダーフィル樹脂を充填する
ことにより、半導体チップ及びパッケージ基板での反り
と温度サイクルにおける半田バンプの破壊を防止し、マ
ザーボードに対する好適な実装が実現できる。また、本
発明によれば、パッケージ基板に凹溝や凸状部を設ける
ことで、アンダーフィル樹脂による半導体チップ及びパ
ッケージ基板の反りの防止効果をさらに高めることが可
能になる。これにより、単一の低弾性樹脂のみでＦＣＢ
ＧＡパッケージの反りを防止することができ、半導体装
置の構造の単純化及び製造工程の簡略化が実現でき、低
コスト、高信頼性な半導体装置が実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のＦＣＢＧＡパッケー
ジの断面図である。
【図２】アンダーフィル樹脂のヤング率と熱膨張係数の
特性を示す図である。
【図３】半導体チップとパッケージ基板における反り量
を示す模式図である。
【図４】ヤング率とチップサイズによる半導体チップの
反り量の相関を示すシミュレーション図である。
【図５】ヤング率をチップサイズによるパッケージ基板
の反り量の相関を示すシミュレーション図である。
【図６】本発明の第２の実施形態のＦＣＢＧＡパッケー
ジの断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態のＦＣＢＧＡパッケー
ジの断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態のＦＣＢＧＡパッケー
ジの断面図と裏面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態のＦＣＢＧＡパッケー
ジの断面図である。
【図１０】ＦＣＢＧＡパッケージの一例の構成を示す断
面図である。
【図１１】従来のＦＣＢＧＡパッケージにおける問題点
を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ パッケージ基板 ２ 導電層 ３ ビア ４ 搭載パッド ５ 半導体チップ ６ 半田バンプ ７ アンダーフィル樹脂 ８ 補強板 ９ 接着樹脂 １０ Ａｇペースト １１ 接着樹脂 １２ リッド １３ ボールパッド １４ ＢＧＡボール １５ 凹溝 １６ 凸状部

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 樹脂で構成されたパッケージ基板の電極
    とシリコンの半導体で形成された半導体チップの電極が
    接続された半導体装置において、前記半導体チップとパ
    ッケージ基板との接合部の間隙内にヤング率が１００ｋ
    ｇｆ／ｍｍ2以下のアンダーフィル樹脂を充填したこと
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記アンダーフィル樹脂の熱膨張係数が
    ８０〜１６０ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項
    １に記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記アンダーフィル樹脂は、ポリエーテ
    ル変性のエポキシ樹脂である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. 【請求項４】 前記半導体チップのチップサイズが１５
    ｍｍ□以上のときに、前記アンダーフィル樹脂はヤング
    率が２０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下であることを特徴とする請
    求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記パッケージ基板の下面には、前記半
    導体チップの直下領域を含む領域にＢＧＡボールが配列
    されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
    かに記載の半導体装置。
  6. 【請求項６】 前記半導体チップは半田バンプを有し、
    前記半田バンプを前記パッケージ基板の上面の搭載パッ
    ドに接続した構造であることを特徴とする請求項１ない
    し５のいずれかに記載の半導体装置。
  7. 【請求項７】 前記パッケージ基板の上面には、前記半
    導体チップの周囲に枠状の補強板が配置され、かつ前記
    半導体チップを覆うように前記補強板の上面に板状のリ
    ッドが固着されていることを特徴とする請求項１ないし
    ６のいずれかに記載の半導体装置。
  8. 【請求項８】 前記アンダーフィル樹脂は前記パッケー
    ジ基板の上面のほぼ全域にわたって設けられていること
    を特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導
    体装置。
  9. 【請求項９】 前記パッケージ基板の下面には、前記半
    導体チップの近傍位置から周辺領域にわたって延長され
    た凹溝が形成されていることを特徴とする請求項１ない
    し６のいずれかに記載の半導体装置。
  10. 【請求項１０】 前記凹溝は前記半導体チップの四隅部
    の近傍位置から四周辺方向に放射状に形成されているこ
    とを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
  11. 【請求項１１】 前記パッケージ基板の上面には、前記
    半導体チップの直下の領域に凸状部が形成されて当該領
    域の板厚が増大されていることを特徴とする請求項１な
    いし６のいずれかに記載の半導体装置。
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