JP2000012733A - パッケージ型半導体装置 - Google Patents

パッケージ型半導体装置

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JP2000012733A JP10179310A JP17931098A JP2000012733A JP 2000012733 A JP2000012733 A JP 2000012733A JP 10179310 A JP10179310 A JP 10179310A JP 17931098 A JP17931098 A JP 17931098A JP 2000012733 A JP2000012733 A JP 2000012733A
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Tomoaki Takubo
窪 知 章 田
Yoichi Hiruta
田 陽 一 蛭
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップ上に形成される端子数の増加に
伴って端子のピッチが狭くなった場合でも、チップ上の
パッドとパッケージ基板上の端子との接続部分の高い信
頼性を確保することのできるパッケージ型半導体装置を
提供する。 【解決手段】 半導体チップ(1)に形成されたパッド
(2)を、線膨張係数が半導体チップと略等しい基材で
なる第1の基板(11)に形成された第1の端子群(1
2)とを接合し、この第1の端子群(12)とその外側
の周辺領域に形成された第2の端子群(13)とを電気
的に接続し、さらに、第2の端子群(13)を第2の基
板(21)に形成された第3の端子群(22)に接合
し、この第3の端子群(22)と電気的に接続された第
4の端子群(23)を外部部材に接続する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップに近
い構造にてプリント配線基板等の外部部材に装着するに
好適なパッケージ型半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、集積回路カード、ゲーム用マス
クROMカード、小型携帯電話機などに使用される半導
体装置は、パッケージの小型化、薄型化に対する要求が
特に強い。このような要求に応じるべく、チップに近い
構造(Chip Scale Package)のパッケージ型半導体装置
の実装技術が発展しており、例えば、フリップチップ実
装が知られている。このフリップチップ実装は、ベアチ
ップの素子形成面の金属バンプ電極を配線基板上の一面
に形成されている電極パッドに押し付けて接続(フリッ
プチップボンディング)するものである。
【0003】一方、半導体チップの加工技術の進歩に伴
い、チップサイズの縮小と、端子数の増加が進んでい
る。例えば、シリコンチップ(以下、単にチップとも言
う)の最小加工寸法が0.25μm程度の技術を用いた
場合、シリコンチップの用途にもよるが、10mm角の
チップで1000個程度のパッドが必要になる。
【0004】このようなシリコンチップをパッケージ基
板に搭載して、該パッドとパッケージ基板上の端子とを
接続する必要があるが、図12に示したように、半導体
チップ1の四つの縁端部にこれらのパッド2を一列に配
置した場合には、パッド2のピッチは40μm程度にな
る。このように、微細なピッチで配置されたパッド2を
従来から用いられてきたワイヤボンディングやTAB
(Tape Automated Bonding)技術で、パッケージ基板上
の端子と接続することは、パッケージ基板上の配線形
成、接続のために必要とされる位置合せ精度の高いもの
が要求され、事実上、困難になってきている。
【0005】そこで、図13に示すように、パッド2を
半導体チップ1の略全面に格子状に配置し、パッケージ
基板上に同様に配置した接続端子群とをはんだバンプを
介して接続する方法がある。この場合、半導体チップ1
上に320μmのピッチで32行、32列の格子状にす
れば1024個のパッド2を配置することができる。従
って、図12に示したように、半導体チップ1の四つの
縁端部にパッド2を一列に配置する場合と比較して、パ
ッドのピッチを格段に広げることができ、また、位置合
せ精度も大幅に緩和される。
【0006】このように、パッドが格子状に配置された
チップをFR4等のパッケージ基板に搭載し、BGA
(Ball Grid Array )パッケージの構成例を図14に示
す。ここでは、パッケージ基板5の一方の主面の中央部
に半導体チップ1のパッド2に対応する端子群6が形成
され、パッケージ基板5の他方の主面の中央部を除いた
周辺の広い領域に外部接続用の端子群7が形成されると
共に、一方の主面の端子群6と他方の主面の端子群7と
が端子毎に配線8によって電気的に接続されている。そ
して、パッケージ基板5の一方の主面の端子群6に半導
体チップ1のパッド2がはんだバンプ3で接合されてい
る。また、はんだバンプ3の周囲にはエポキシ樹脂等の
接着剤4が充填され、これによって、半導体チップ1が
パッケージ基板5に密着固定される。この場合、端子群
6から導出される配線の間隔は50μmに、配線幅も5
0μm以下に制限される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】半導体チップに対する
加工技術がさらに進み、最小加工寸法が今後、80%ず
つ数次に亘って縮小されるとチップサイズも80%ずつ
縮小されてゆく。従って、図12に示したように、パッ
ド2を半導体チップ1の四つの縁端部に一列に配置した
場合にはパッド2の間隔は40μm,32μm,26μ
m,20μm,16μm,13μm,・・・のように狭
くなり、図13に示したように、半導体チップ1の全面
に亘って格子状に形成した場合にはパッド2の間隔は3
20μm,250μm,200μm,160μm,12
0μm,96μm,・・・のように狭くなる。
【0008】しかして、パッド2を半導体チップ1の四
つの縁端部に一列に配置した場合には、パッケージ基板
の端子と接続するために極めて精度の高い装置が必要と
なるだけでなく、接続時に必要となる加熱工程により、
パッケージ基板5と半導体チップ1との線膨張係数の差
によって生じる寸法変化が原因で、所望とする端子に接
続できない場合が起こり得る。
【0009】また、パッド2を格子状に配置し、はんだ
バンプで接続する場合にも次のような課題が生じる。す
なわち、半導体チップ1とパッケージ基板5の線膨張係
数が異なるために、接続部分であるはんだバンプ3に
は、周囲温度の変化や、半導体チップ1が動作すること
によって発生する熱によりひずみを生じ、熱サイクルの
繰返しにより疲労破壊が生じる。この場合、ひずみ量が
大きいほど少ない熱サイクル数で疲労破壊が生じる。該
ひずみ量は、はんだバンプ3の高さ、すなわち、半導体
チップ1のパッド2とパッケージ基板5の間隔(以下、
接続高さと呼ぶ)が狭いほど大きく(接続高さが低いほ
どはんだバンプに生じるひずみが大きい)、疲労寿命は
短い。
【0010】例えば、はんだバンプ3の材料としてPb
Snの共晶はんだを用い、チップのパッドの直径を10
0μm、パッケージ基板の電極の直径を100μmと
し、パッケージ基板5として線膨張係数が14×10-6
程度のプラスチック基板を用い、接続高さを60μmに
設定し、半導体チップ1とパッケージ基板5との間に線
膨張係数が20×10-6程度の樹脂を接着剤4として充
填し、半導体チップ1とパッケージ基板5とを密着固定
した場合、温度サイクル条件−65℃〜125℃で試験
すると、約600サイクル程度ではんだバンプ3に初期
の亀裂が入り始め、約2000サイクル程度にて破壊に
到る。
【0011】このときのはんだバンプ3の接続部分の拡
大縦断面図を図15に示す。同図に示すように、はんだ
バンプ3の外形形状は鼓形をなし、その横断面の外形が
点Aを中心とした略円形となる。この円の直径を接続幅
とすると、この場合の接続幅は約120μm程度にな
る。
【0012】図16はパッド2のピッチが96μm程度
に縮小された場合のはんだバンプ3の接続部分の拡大縦
断面図であり、基材の材質、半導体チップ1とパッケー
ジ基板5とを固定する接着剤4として同じ材料を用い、
半導体チップ1上のパッド径をパッドピッチの縮小率と
同じとして直径を32μm、パッケージ基板5上の端子
群6の各端子の直径を32μm、接続高さが60μmと
なるようにはんだバンプ3の体積を選択すると、接続幅
は70μm程度になる。この場合には隣接するはんだバ
ンプ3間の距離が26μm未満となり、接続端子どうし
の短絡が発生するようになる。パッドピッチをこれ以上
縮小しようとすれば、信頼性を確保するために必要な接
続高さが維持できなくなる。
【0013】また、半導体チップ1とパッケージ基板5
との間隙に充填させて両者を接着固定するための樹脂に
は、その線膨張係数を接続端子であるはんだバンプ3の
線膨張係数に近付けるために、SiO2 を用いたフィラ
ーが混入されている。このフィラーの粒径は10〜30
μmの大きさに調整されているが、上述したように、隣
接する接続端子間距離が60μm未満になると、接続端
子間を通ってフィラー入り樹脂が充填され難くなる。こ
の場合には半導体チップ1とパッケージ基板5との間に
樹脂が充填されない部分が発生し、この部分におけるは
んだバンプ3の接続の信頼性が確保できなくなる。
【0014】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものでその目的は半導体の加工技術の進歩により、
チップ上に形成される端子数の増加に伴ってパッケージ
基板との接続ピッチが狭くなった場合でも、チップ上の
パッドとパッケージ基板上の端子との接続部分の高い信
頼性を確保することのできるパッケージ型半導体装置を
提供するにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
一つの主面に所定値以上の間隔をおいて多数のパッドが
形成された半導体チップと、線膨張係数が半導体チップ
と略等しい基材でなり、一つの主面の中央部に半導体チ
ップのパッドと対応する位置に形成され、かつ、各パッ
ドに接合された第1の端子群と、第1の端子群の外側の
周辺領域に第1の端子群よりも広い間隔をおいて形成さ
れ、かつ、第1の端子群のそれぞれに対して電気的に接
続された第2の端子群とを有する第1の基板と、一方の
主面の周辺領域に第1の基板の第2の端子群と対応する
位置に形成され、かつ、第2の端子群のそれぞれに対し
て接合された第3の端子群と、他方の主面の少なくとも
周辺領域に第3の端子群よりも広い間隔をおいて形成さ
れ、第3の端子群のそれぞれに対して電気的に接続され
た第4の端子群とを有する第2の基板と、を備えたパッ
ケージ型半導体装置である。
【0016】請求項2に係る発明は、請求項1に記載の
パッケージ型半導体装置において、第2の基板は、中央
部に半導体チップを遊挿する開口を備えたものである。
【0017】請求項3に係る発明は、請求項1に記載の
パッケージ型半導体装置において、半導体チップは、第
2及び第3の端子群が接合される第1の基板の一つの主
面と第2の基板の一方の主面との間隔よりも薄く形成さ
れ、第2の基板は、他方の主面の略全面に亘って第4の
端子群が形成されたものである。
【0018】請求項4に係る発明は、一つの主面に所定
値以上の間隔をおいて多数のパッドが形成された半導体
チップと、線膨張係数が半導体チップと略等しい基材で
なり、一方の主面の中央部に半導体チップのパッドと対
応する位置に形成され、かつ、各パッドに接合された第
1の端子群と、他方の主面に第1の端子群よりも広い間
隔をおいて形成され、かつ、第1の端子群のそれぞれに
対してスルーホール配線を介して電気的に接続された第
2の端子群とを有する第1の基板と、一方の主面に第1
の基板の第2の端子群と対応する位置に形成され、か
つ、第2の端子群のそれぞれ対して接合された第3の端
子群と、他方の主面に第3の端子群よりも広い間隔をお
いて形成され、第3の端子群のそれぞれに対して電気的
に接続された第4の端子群とを有する第2の基板と、を
備えたパッケージ型半導体装置である。
【0019】請求項5に係る発明は、請求項4に記載の
パッケージ型半導体装置において、第2の基板は、第1
の基板の縁端の外側に所定の寸法だけ食み出す平面領域
を有するものである。
【0020】請求項6に係る発明は、請求項5に記載の
パッケージ型半導体装置において、平面領域の一方の主
面に装着された枠状の補強部材を備えたものである。
【0021】請求項7に係る発明は、請求項1乃至6の
いずれかに記載のパッケージ型半導体装置において、第
1の基板をシリコンで形成したものである。
【0022】請求項8に係る発明は、請求項1乃至7の
いずれかに記載のパッケージ型半導体装置において、第
2の基板をガラスクロスに樹脂を含浸させた積層板で形
成したものである。
【0023】請求項9に係る発明は、一つの主面の略全
体に亘る領域に所定値以上の間隔をおいて多数のパッド
が形成された半導体チップと、線膨張係数が半導体チッ
プと略等しい基材でなり、一つの主面の中央部に半導体
チップのパッドと対応する位置に形成され、かつ、各パ
ッドに接合された端子群と、端子群の外側の周辺領域に
端子群よりも広い間隔をおいて植設され、かつ、端子群
のそれぞれに対して電気的に接続された金属柱とを有す
る基板と、を備えたパッケージ型半導体装置である。
【0024】請求項10に係る発明は、請求項9に記載
のパッケージ型半導体装置において、基板をシリコンで
形成したものである。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す好適な
実施形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係
るパッケージ型半導体装置の第1の実施形態の構成を示
す縦断面図及び底面図である。図中、従来装置を示す図
14乃至図16と同一の符号を付したものはそれぞれ同
一の要素を示している。ここで、半導体チップ1の一つ
の主面、すなわち、(a)で見て上側で、(b)で見て
裏側に多数のパッド2が格子状に形成されている。図2
はこの半導体チップ1上に形成されたパッド2の配置例
であり、後述するように、パッケージ基板の配線の都合
上、半導体チップ1の中央部を除く周辺領域に格子状に
配置されている。この半導体チップ1は第1の基板とし
てのシリコン基板11に接続固定されている。半導体チ
ップ1上のパッド2は96μmのピッチで形成される。
【0026】このシリコン基板11の一つの主面、すな
わち、(a)で見て下側で、(b)で見て表側に第1の
端子群12が形成されている。この第1の端子群12の
各端子は半導体チップ1の各パッド2に対応する位置に
形成され、互いに対応する端子とパッドとがはんだバン
プ3によって相互に接合されている。これらのはんだバ
ンプ3の周囲の間隙にエポキシ樹脂等の接着剤4が充填
され、半導体チップ1とシリコン基板11とが接続固定
されている。
【0027】図3はシリコン基板11の一つの主面の端
子群の形成状態及び配線の状態を示す説明図である。図
3から明らかなように、半導体チップ1のパッド2に対
応する位置に第1の端子群12が形成され、その周辺領
域に第1の端子群12と同数又はそれ以上の個数を有す
る第2の端子群13が形成されている。第1の端子群1
2を構成する端子からそれぞれ配線16が導出され、第
2の端子群13を構成する各端子に接続されている。
【0028】因みに、半導体チップ1上のパッド2は9
6μmのピッチで形成され、シリコン基板11の第2の
端子群13は500μmのピッチで形成される。そし
て、半導体チップ1をシリコン基板11上にはんだバン
プ3で接続した場合、接続端子のピッチが96μm、接
続端子径は40μmである。接続の幅は接続端子径と略
同じ40μmである。半導体チップ1上のパッド2が9
6μmのピッチで30行、30列で900個配置されて
いる場合(シリコン基板11の中央部の半導体チップ1
が搭載される領域には端子は配置されていない)、シリ
コン基板11の大きさは16mm角程度に収まる。
【0029】なお、図3においては、実際のものと比較
してパッド数及び端子数を省略して一つの平面内で接続
する構成を例示したが、実際のものにおいては多層に配
線することもできる。
【0030】なお、、シリコン基板11に形成される配
線16にはAl又はCuが用いられ、各端子の接続には
PbSn系のはんだが用いられる。また、半導体チップ
1上のAlでなるパッド2とはんだバンプ3の界面に
は、はんだとAlとの拡散を防ぐためにバリアメタルが
コーティングされる。このバリアメタルとしては、T
i,Cu,Cr,W,Bi,Pd,Au,Pt等を組合
わせたものが用いられる。シリコン基板11に形成され
る端子の材料がAlの場合には、前述したと同様に端子
とはんだとの界面にバリアメタルがコーティングされ
る。半導体チップ1とシリコン基板11との間の接続端
子の高さは5〜10μmに設定される。
【0031】次に、このシリコン基板11は第2の基板
としての樹脂基板21に接続固定されている。樹脂基板
21としては、FR4,FR5,BTレジンなどのガラ
スクロスに樹脂が含浸された材料が用いられ、中央部に
半導体チップ1を遊挿させる開口25を有し、外側寸法
がシリコン基板11よりも一回り大きく形成され、全体
が枠型の形状を有している。この樹脂基板21の一方の
主面にはシリコン基板11の第2の端子群13と端子ど
うしが接続される第3の端子群22が形成され、これら
の端子群の対応する端子どうしがはんだバンプ14によ
って接合されている。この場合、シリコン基板11の第
2の端子群13と樹脂基板21の第3の端子群22との
はんだバンプ14による接続高さは0.3mm、接続幅
は0.25mm程度である。また、これらのはんだバン
プ14の周囲の間隙にフィラー入りのエポキシ樹脂等の
接着剤27が充填され、シリコン基板11と樹脂基板2
1とが接続固定されている。樹脂基板21の他方の主
面、すなわち、(a)で見て下側で、(b)で見て表側
に第4の端子群23が形成され、第3の端子群22と第
4の端子群23の端子どうしが配線24によって接続さ
れている。第4の端子群23の表面部に外部接続用のは
んだボール26が固着され、プリント配線基板等の外部
部材に装着可能な構成になっている。この場合、はんだ
ボール26のピッチは、例えば.0.5mm,0.8m
m,1.0mm,1.2mm等が選択される。
【0032】かくして、図1乃至図3を用いて説明した
第1の実施形態によれば、半導体チップ1が搭載されて
いるシリコン基板11が半導体チップ1と同じ線膨張係
数を有する材料で形成されているため、熱サイクルが繰
返されてもひずみを生じることはない。従って、接続端
子のピッチが縮小された場合、接続高さを確保するため
に接続幅が広がり、隣接するバンプ間が短絡するという
ような従来装置の課題が解決され、これによって、チッ
プ上のパッドとパッケージ基板上の端子との接続部分の
高い信頼性を確保することができる。
【0033】また、半導体チップ1が搭載されているシ
リコン基板11が半導体チップ1と同じ線膨張係数を有
する材料で形成されているため、これらの間隙に接着剤
4として充填される樹脂にフィラーを混入させる必要が
なくなり、フィラー入りの樹脂が充填されない部分が発
生するという従来装置の課題も同時に解決される。
【0034】なお、シリコン基板11に形成された第2
の端子群13と、樹脂基板21に形成された第3の端子
群22との接合は、半導体チップ面と比較して表面積の
広い領域にピッチを広げて形成されているため、接続幅
及び間隙も広くなり、接合状態を強固にすることがで
き、また、フィラー入りの樹脂の使用も可能となり、強
固な接続固定が可能となる。
【0035】なお、上記実施形態では、第1の基板とし
てシリコン基板を用いたが、線膨張係数が半導体チップ
1と同等であれば他の材料を用いても良い。
【0036】図4は本発明に係るパッケージ型半導体装
置の第2の実施形態の構成を示す縦断面図及び底面図で
ある。図中、第1の実施形態を示す図1と同一の要素に
は同一の符号を付してその説明を省略する。これは、シ
リコン基板11と樹脂基板21との接続高さhを第1の
実施形態と比較して高くすると共に、半導体チップ1の
厚さを接続高さhよりも薄く形成し、さらに、中心部に
開口を持たない樹脂基板21Aを用いて、第1の実施形
態では形成できなかった、中央部にも第4の端子群23
を構成する端子を配置した点が第1の実施形態と異なっ
ている。
【0037】かかる構成により、樹脂基板21Aの外部
接続側の主面の略全面に亘って第4の端子群23及びは
んだボール26を配置することができ、第1の実施形態
と比較してスペース的に余裕を持たせての外部基板への
接続が可能となる。
【0038】図5は本発明に係るパッケージ型半導体装
置の第3の実施形態の構成を示す平面図及び縦断面図で
ある。図中、第2の実施形態を示す図4と同一の要素に
は同一の符号を付してその説明を省略する。これは、シ
リコン基板11Aの一方の主面、すなわち、上面の中央
部に半導体チップ1を搭載し、この半導体チップ1に形
成したパッド2とシリコン基板11Aの一方の主面に形
成した第1の端子群12の各端子とを図1を用いて説明
したと同様にして接合し、かつ、接着剤4によって接続
固定するが、シリコン基板11Aの一方の主面に形成し
た第1の端子群12と他方の主面の周辺領域に形成され
た第2の端子群13とを、シリコン基板11Aの一方の
主面に形成した図示省略の配線と、スルーホール配線1
5とを用いて電気的に接続する点が第2の実施形態と構
成上異なっている。この場合、シリコン基板11Aは5
0〜100μm程度に薄く研磨されており、スルーホー
ル配線15を形成するために直径が100μm程度の孔
が穿設される。
【0039】この第3の実施形態によれば、樹脂基板2
1Aの外部接続側の主面の略全面に亘って第4の端子群
23及びはんだボール26を配置することができ、第1
の実施形態と比較してスペース的に余裕を持たせての外
部基板への接続が可能となる。
【0040】図6乃至図9は図5に示す第3の実施形態
に用いられるシリコン基板11Aの他の構成例を示す縦
断面図である。このうち、図6に示したシリコン基板A
には貫通孔111が形成された後、シリコン基板表面に
絶縁被膜112a,112bが形成されている。この絶
縁被膜の形成には種々の方法がある。例えば、高温炉に
おいてシリコンチップの半導体プロセスと同じように、
熱酸化膜を形成する方法がある。あるいは、SiO2
(二酸化ケイ素)膜をCVD(Chemical VaporDepositi
on )法により堆積したり、絶縁性有機樹脂をコーティ
ングなどの方法にて形成したり、さらには、これらの方
法を組合わせて形成しても良い。
【0041】続いて、貫通孔111をはんだ材あるいは
銀ペーストなどの導電性ペーストで埋めることになる
が、この工程に先立ち、導電性部材と絶縁材料との密着
性を高めるために、絶縁材料表面に真空蒸着やスパッタ
リングにより金属被膜を形成する。この金属被膜材料と
しては、Cr,Cu,Ni,W,Pb,Al,Au,M
o,Agあるいはこれらの材料を主材とした化合物、合
金などを用いることができる。
【0042】次に、絶縁層112a,112bの上に1
層目の金属配線113a(直接接続される113−1a
を含む),113b(直接接続される113−1bを含
む)を形成する。この導電パターンの代表的な材料とし
てはCu,Alなどがある。そして、これらの導電パタ
ーン上に絶縁層114a,114bを形成する。この絶
縁層の形成には、SiO2 やSiNをCVD法により堆
積したり、絶縁性樹脂をコーティングしたりする方法が
採用される。
【0043】次に、絶縁層114a,114bに埋め込
み孔(Via hole)を形成し、ここに導電性部材115
a,115bを埋め込んで、2層目の金属配線116
a,11bを形成し、続いて、絶縁層117a,117
bを形成すると共に、この絶縁層に、はんだボール埋め
込みのための開口118a、118bを形成する。以上
のプロセスにより2層の配線が形成される。また、これ
らのプロセスの繰り返しにより3層以上の多層配線を実
現することができる。
【0044】図6はシリコン基板11Aの両面を2層配
線する場合を示したが、半導体チップ1に形成されるパ
ッド2のピッチや個数、あるいは、樹脂基板21Aの大
きさの制約等に応じて、半導体チップ1が装着される一
方の主面の配線層数、他方の主面の配線層数を適宜選定
することができる。図7は一方の主面のみを2層配線し
た例で、図8は一方の主面を1層配線した例であり、図
9は一方の主面を2層配線し、他方の主面を1層配線し
た例である。これら図6乃至図9中、同一の符号を付し
たものはそれぞれ同一の要素を示している。
【0045】図10は本発明に係るパッケージ型半導体
装置の第4の実施形態の構成を示す平面図及び縦断面図
である。図中、第3の実施形態を示す図5と同一の要素
には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施
形態は樹脂基板21Bがポリイミド等のテープで構成さ
れた点が図5と大きく相違している。このようにポリイ
ミドのテープを用いるとパッケージ全体の厚さを図5に
示した実施形態と比較して格段に薄くすることができる
点に特徴がある。しかるに、ポリイミド製のテープは柔
軟であるがために、取扱い、接合作業に支障をきたし、
接続強度も低下する可能性がある。そこで、図5に示す
第3の実施形態と比較して樹脂基板21Bの平面寸法を
幾分大きくし、その縁端部に枠型の金属整の補強部材3
1を接着固定したものである。
【0046】なお、補強部材31としてAl又はCuや
合金などを用いることができる。樹脂基板21Bにはそ
の他にポリイミド等の樹脂フィルムを多層にラミネート
したものや、樹脂フィルムとガラスクロスに樹脂を含浸
させたような基板をラミネートしたものを用いることが
出来る。
【0047】補強部材31の断面形状は、チップサイ
ズ、第1の基板としてのシリコン基板11A、第2の基
板としての樹脂基板21Bのサイズの組合わせにより様
々な場合が考えられる。
【0048】例えば、図3の実施形態で説明したと同様
に、半導体チップ1の端子ピッチが96μm、端子数が
1000程度のとき、端子配列は32行×32列となり
チップサイズは略3.5mm角になる。シリコン基板1
1Aの第2の端子13のピッチを0.5mmとした場合
はシリコン基板11Aの外形は約16mm角である。シ
リコン基板11Aの第2の端子端子13のピッチを1.
0mmとした場合はシリコン基板11Aの外形は約33
mm角になる。このような構成のものに使用される補強
部材31の幅は約6〜7mmで、厚さが0.2〜1.0
mmである。
【0049】また、シリコン基板11Aの第2の端子1
3のピッチを0.32mmとした場合はシリコン基板1
1Aの外形は約11mm角になる。この場合には補強部
材31の幅は約10〜11mmに選択される。
【0050】この第4の実施形態によれば、第1の実施
形態と比較してスペース的に余裕を持たせての外部基板
への接続が可能となる効果のほかに、パッケージ全体の
厚さを薄くできる効果もある。
【0051】図11は本発明に係るパッケージ型半導体
装置の第5の実施形態の構成を示す縦断面図及び底面図
である。図中、第1の実施形態を示す図1と同一の要素
には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施
形態は図1に示した樹脂基板21を除去し、その代わり
に、シリコン基板11を構成する第2の端子群13にそ
れぞれ金属でなる柱状部材32を植設したものである。
これは接続対象の外部基板として一般にガラスエポキシ
基板が用いられることに対処するものである。すなわ
ち、シリコン基板11とこれに接続される図示省略の外
部基板との線膨張係数の差に起因して接続部に歪みを生
じる。そこで、高さの高い柱状部材32の曲りを利用し
て接続状態の劣化を未然に防止しようとするもので、柱
状部材32としては直径が0.1〜0.2mm、長さが
2mm程度のAu,Cu,PbSb等の丸棒を用いるこ
とができる。
【0052】かくして、第5の実施形態によれば、熱サ
イクルが繰返されても半導体チップ1とシリコン基板1
1との接合部にひずみを生じることはないという効果の
他に、構成の簡易化が実現される効果も得られる。
【0053】なお、上記の各実施形態では、半導体チッ
プ1のパッド2とシリコン基板11の端子との接続に、
PbSn系のはんだを用いたが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、Ag,Sn,Pb,Ab,Zn,I
n,Cuのいずれか二つ以上の金属を組合わせたものを
使用しても上述したと同様な効果が得られる。また、は
んだを用いずに半導体チップ1上の配線をCuとし、シ
リコン基板11上の配線もまたCuとした場合には、C
uどうしを接続するCu−Cu接合を採用してもよい。
また、半導体チップ1上の配線の材質とシリコン基板の
配線の材質との組合わせに対して、Al−Al、Au−
Auの接合も可能であり、さらに、バンプを介在させて
Cu−Sn−Cu,Cu−Sn−Auの組合わせ接合も
可能である。
【0054】
【発明の効果】以上の説明によって明らかなように請求
項1又は請求項2に係る発明によれば、半導体チップに
形成されたパッドを、線膨張係数が半導体チップと略等
しい基材でなる第1の基板に形成された第1の端子群と
を接合し、この第1の端子群とその外側の周辺領域に形
成された第2の端子群とを電気的に接続し、さらに、第
2の端子群を第2の基板に形成された第3の端子群に接
合し、この第3の端子群と電気的に接続された第4の端
子群を外部部材に接続する構成としたので、半導体チッ
プ上に形成される端子数の増加に伴ってパッケージ基板
との接続ピッチが狭くなった場合でも、チップ上のパッ
ドとパッケージ基板上の端子との接続部分の高い信頼性
を確保することができる。
【0055】請求項3に係る発明によれば、半導体チッ
プは、第2及び第3の端子群が接合された第1の基板と
第2の基板の一方の主面との間隔よりも薄く形成され、
第2の基板他方の主面の略全面に亘って第4の端子群が
形成されるので、スペース的に余裕を持たせての外部基
板への接続が可能になるという効果も得られる。
【0056】請求項4に係る発明によれば、第1の基板
として半導体チップの各パッドに接合された第1の端子
群と、他方の主面の形成された第2の端子群の各端子を
それぞれスルーホール配線を介して電気的に接続するよ
うにしたので、第2の基板の外部接続側の主面の略全面
に亘って第4の端子群を配置することができ、スペース
的に余裕を持たせての外部基板への接続が可能になると
いう効果も得られる。
【0057】請求項5に係る発明によれば、第2の基板
として第1の基板の縁端の外側に所定の寸法だけ食み出
す平面領域を有しているので、この平面領域を補強に利
用することができる。
【0058】請求項6に係る発明によれば、上記平面領
域の一方の主面に装着された枠状の補強部材を備えてい
るので、パッケージ全体の厚さを薄くできる効果もあ
る。
【0059】請求項7に係る発明によれば、第1の基板
をシリコンで形成したので、チップ上のパッドとパッケ
ージ基板上の端子との接続部分の高い信頼性を確保する
ことができる。
【0060】請求項8に係る発明によれば、第2の基板
をガラスクロスに樹脂を含浸させた積層板で形成したの
で、従来装置で採用された技術を利用して確実に外部基
板への接続が可能となる。
【0061】請求項9に係る発明によれば、一つの主面
の略全体に亘る領域に所定値以上の間隔をおいて多数の
パッドが形成された半導体チップと、線膨張係数が半導
体チップと略等しい基板に外部接続用の柱状部材を植設
した構成であるため、構成が簡易化がされるという効果
もある。
【0062】請求項10に係る発明によれば、基板をシ
リコンで形成したので、チップ上のパッドとパッケージ
基板上の端子との接続部分の高い信頼性を確保すること
ができる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るパッケージ型半導体装置の第1の
実施形態の構成を示す縦断面図及び底面図。
【図2】図1に示した第1の実施形態を構成する半導体
チップのパッドの配置例を示した平面図。
【図3】図1に示した第1の実施形態を構成するシリコ
ン基板の端子群及び配線の配置例を示した平面図。
【図4】本発明に係るパッケージ型半導体装置の第2の
実施形態の構成を示す縦断面図及び底面図。
【図5】本発明に係るパッケージ型半導体装置の第3の
実施形態の構成を示す平面図及び縦断面図
【図6】図5に示した第3の実施形態を構成するシリコ
ン基板の他の構成を示す縦断面図。
【図7】図5に示した第3の実施形態を構成するシリコ
ン基板の他の構成を示す縦断面図。
【図8】図5に示した第3の実施形態を構成するシリコ
ン基板の他の構成を示す縦断面図。
【図9】図5に示した第3の実施形態を構成するシリコ
ン基板の他の構成を示す縦断面図。
【図10】本発明に係るパッケージ型半導体装置の第4
の実施形態の構成を示す平面図及び縦断面図。
【図11】本発明に係るパッケージ型半導体装置の第5
の実施形態の構成を示す縦断面図及び底面図。
【図12】パッケージ形半導体装置を構成する半導体チ
ップのパッドの配置例を示した平面図。
【図13】パッケージ形半導体装置を構成する半導体チ
ップのパッドの配置例を示した平面図。
【図14】従来のパッケージ型半導体装置の構成を示す
縦断面図。
【図15】従来のパッケージ型半導体装置の詳細な構成
を示す拡大縦断面図。
【図16】従来のパッケージ型半導体装置の詳細な構成
を示す拡大縦断面図。
【符号の説明】
1,1A 半導体チップ 2 パッド 3 はんだバンプ 4,27 接着剤 11,11A シリコン基板 12 第1の端子群 13 第2の端子群 14 はんだバンプ 15 スルーホール配線 16 配線 21,21A、21B 樹脂基板 22 第3の端子群 23 第4の端子群 24 配線 25 開口 26 はんだボール 31 補強部材 32 柱状部材 111 貫通孔 113a,113b,113−1a,113−1b 1
層目の金属配線 116a,116b 2層目の金属配線 117a,117b 絶縁層 118a,118b 開口

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一つの主面に所定値以上の間隔をおいて多
    数のパッドが形成された半導体チップと、 線膨張係数が前記半導体チップと略等しい基材でなり、
    一つの主面の中央部に前記半導体チップのパッドと対応
    する位置に形成され、かつ、前記各パッドに接合された
    第1の端子群と、前記第1の端子群の外側の周辺領域に
    前記第1の端子群よりも広い間隔をおいて形成され、か
    つ、前記第1の端子群のそれぞれに対して電気的に接続
    された第2の端子群とを有する第1の基板と、 一方の主面の周辺領域に前記第1の基板の第2の端子群
    と対応する位置に形成され、かつ、前記第2の端子群の
    それぞれに対して接合された第3の端子群と、他方の主
    面の少なくとも周辺領域に前記第3の端子群よりも広い
    間隔をおいて形成され、前記第3の端子群のそれぞれに
    対して電気的に接続された第4の端子群とを有する第2
    の基板と、 を備えたパッケージ型半導体装置。
  2. 【請求項2】前記第2の基板は、中央部に前記半導体チ
    ップを遊挿する開口を備えた請求項1に記載のパッケー
    ジ型半導体装置。
  3. 【請求項3】前記半導体チップは、前記第2及び第3の
    端子群が接合される前記第1の基板の一つの主面と前記
    第2の基板の一方の主面との間隔よりも薄く形成され、
    前記第2の基板は、他方の主面の略全面に亘って前記第
    4の端子群が形成された請求項1に記載のパッケージ型
    半導体装置。
  4. 【請求項4】一つの主面に所定値以上の間隔をおいて多
    数のパッドが形成された半導体チップと、 線膨張係数が前記半導体チップと略等しい基材でなり、
    一方の主面の中央部に前記半導体チップのパッドと対応
    する位置に形成され、かつ、前記各パッドに接合された
    第1の端子群と、他方の主面に前記第1の端子群よりも
    広い間隔をおいて形成され、かつ、前記第1の端子群の
    それぞれに対してスルーホール配線を介して電気的に接
    続された第2の端子群とを有する第1の基板と、 一方の主面に前記第1の基板の第2の端子群と対応する
    位置に形成され、かつ、前記第2の端子群のそれぞれ対
    して接合された第3の端子群と、他方の主面に前記第3
    の端子群よりも広い間隔をおいて形成され、前記第3の
    端子群のそれぞれに対して電気的に接続された第4の端
    子群とを有する第2の基板と、 を備えたパッケージ型半導体装置。
  5. 【請求項5】前記第2の基板は、前記第1の基板の縁端
    の外側に所定の寸法だけ食み出す平面領域を有する請求
    項4に記載のパッケージ型半導体装置。
  6. 【請求項6】前記平面領域の一方の主面に装着された枠
    状の補強部材を備えた請求項5に記載のパッケージ型半
    導体装置。
  7. 【請求項7】前記第1の基板をシリコンで形成した請求
    項1乃至6のいずれかに記載のパッケージ型半導体装
    置。
  8. 【請求項8】前記第2の基板をガラスクロスに樹脂を含
    浸させた積層板で形成した請求項1乃至7のいずれかに
    記載のパッケージ型半導体装置。
  9. 【請求項9】一つの主面の略全体に亘る領域に所定値以
    上の間隔をおいて多数のパッドが形成された半導体チッ
    プと、 線膨張係数が前記半導体チップと略等しい基材でなり、
    一つの主面の中央部に前記半導体チップのパッドと対応
    する位置に形成され、かつ、前記各パッドに接合された
    端子群と、前記端子群の外側の周辺領域に前記端子群よ
    りも広い間隔をおいて植設され、かつ、前記端子群のそ
    れぞれに対して電気的に接続された金属柱とを有する基
    板と、 を備えたパッケージ型半導体装置。
  10. 【請求項10】前記基板をシリコンで形成した請求項9
    に記載のパッケージ型半導体装置。
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