JP2000277659A

JP2000277659A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2000277659A
Application number: JP8516799A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kuroshima; 豊黒島; Koichi Abe; 幸一阿部; Yasushi Nemoto; 保志根本; Masaru Kitahara; 勝北原; Masahiro Jigen; 雅啓慈眼
Original assignee: Kokusai Electric Corp
Current assignee: Kokusai Electric Corp
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】実装基板への接合強度が高まり、アンダーフ
ィル材が不要になり、高精度で高強度のリブが比較的容
易に得られ、リフロー時に熱風がはんだバンプ側への回
り込むのを阻害しない半導体装置を提供する。【解決手段】複数本のリブ１５を、インターポーザ１
１の外周部とはんだバンプ１４の列間の隙間部分とに配
設する。結果、実装後のＢＧＡ１０の接合強度が高ま
る。これにより、アンダーフィル材が不要になる。各リ
ブ１５はインターポーザ１１と一体化している。よって
高精度で高強度のリブ１５が比較的容易に得られる。各
リブ１５は互いに平行である。結果、リフロー時の熱が
はんだバンプ１４側へ回り込むのを阻害しない。これに
より熱風がインターポーザ１１の他方の面の各はんだバ
ンプ１４に届かず、接合不良を起こすのを解消できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置、詳し
くははんだバンプを有するＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄ
Ａｒｒａｙ）類の接続構造を有する半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯型電話機やパソコンなどの電
子機器は、小型、軽量、薄型化が激しい。これに対応
し、ＬＳＩチップの高密度高集積化も急激に進み、その
結果、ＬＳＩチップの多ピン化や大型化も進んでいる。
マウント型のパッケージの一種としてＢＧＡおよびＣＳ
Ｐ（ＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）が知られ
ている。これらの半導体装置は、多数本の接続リードを
有するＱＦＰ（ＱｕａｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）
を多ピン化するために開発されたものである。ここで、
図６〜図８を参照して、従来の一般的なＢＧＡを説明す
る。

【０００３】図６は従来の一般的なＢＧＡの斜視図であ
る。図７は従来の一般的なＢＧＡの断面図である。図８
は従来の一般的なＢＧＡの底面図である。図６〜図８に
示すように、ＢＧＡ１００は本体基板であるインターポ
ーザ１０１の一方の面（以下、表面という場合もある）
に半導体チップ１０２が樹脂封止部材１０３により封止
され、インターポーザ１０１の他方の面（以下、裏面と
いう場合もある）に多数個のボール状のはんだバンプ１
０４が縦横等間隔で配列された構造を有している。ま
た、図外のＣＳＰは、このＢＧＡ１００をチップサイズ
にまで小型化したものである。なお、図７中、ｗは半導
体チップ１２とインターポーザ１０１上の端子とを接続
するワイヤである。

【０００４】ところで、ＢＧＡの一種として例えば特開
平９−２０５１１３号公報のようなものが知られてい
る。これを、図９〜図１１を参照して説明する。図９は
従来手段のＢＧＡの斜視図である。図１０は従来手段の
ＢＧＡの断面図である。図１１は従来手段のＢＧＡの底
面図である。この従来のＢＧＡ２００は、添付された図
面および明細書中に記載された内容から明らかなよう
に、インターポーザ１０１の外周部の４方向に幅１ｍ
ｍ，厚さ１２５μｍの補強リブ（補強膜）２０１を、ク
リームはんだ印刷法またははんだめっき法によって設け
たものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、ＢＧＡ類、特に
ＣＳＰは、さらなる小型化および多ピン化する傾向にあ
る。すなわち、例えばこのＣＳＰの場合、小型のもので
縦６ｍｍ×横６ｍｍ，０．８ｍｍピッチ，３６ピンであ
る。一方、大型のものでも縦２１ｍｍ×横２１ｍｍ，
０．８ｍｍピッチ，５０４ピンのフルマトリックス配置
となる。そのため、このような多数個のはんだバンプ１
０４が高密度に存在する狭いインターポーザ（基板）１
０１の外周部に、幅１ｍｍの補強リブ２０１を設けるの
は現実的にむずかしい。すなわち、今日、ＣＳＰのピッ
チの主流は、０．８ｍｍピッチまたは０．５ｍｍピッチ
である。また、フィレット径は０．８ｍｍピッチの場合
で０．５ｍｍ、０．５ｍｍピッチの場合で０．３ｍｍで
ある。したがって、フィレット間の隙間は、０．８ｍｍ
ピッチでは０．３ｍｍ、０．５ｍｍピッチでは０．２ｍ
ｍと極めて狭い。

【０００６】そこで、図１２の他の従来手段に係るＢＧ
Ａの底面図に示すように、前記幅１ｍｍの補強リブ２０
１に代えて、狭いフィレット間の隙間に見合うような極
細で極薄の補強リブ（補強膜）２０１Ａを、ＢＧＡ２０
０Ａのインターポーザ１０１の外周部に設けることが考
えられる。しかしながら、従来の補強リブ製造方法（ク
リームはんだ印刷法，はんだめっき法）では、このよう
に極細で極薄の補強リブ２０１Ａを設けることはむずか
しかった。すなわち、例えば０．５ｍｍピッチのＣＳＰ
の場合、この補強リブ２０１Ａの幅は０．０７ｍｍ、高
さは０．２ｍｍくらいになる。このような寸法の補強リ
ブ２０１Ａを何れかの方法で作製したならば、印刷精度
またはめっき精度に問題が起こるおそれがあった。しか
も、仮に何らかの方法によって極細・極薄の補強リブ２
０１Ａが得られたとしても、接合面積が小さいという理
由で、実装基板との接合強度が充分に得られないという
懸念があった。

【０００７】しかも、図１３（ａ），（ｂ）の他の従来
手段に係るＢＧＡの実装工程の説明図に示すように、例
えば、この補強リブ２０１Ａをクリームはんだ法で作製
する場合には、リフロー時に、加熱溶融したクリームは
んだ２０２およびはんだバンプ１０４が、その表面張力
により、補強リブ２０１Ａの中央部に集中して球になろ
うとする（図１３（ｂ））。その結果、例えば直径が小
さなはんだバンプ１０４の場合は、リフロー後に冷えて
固化したフィレット１０４Ａが、実装基板２０３のパッ
ド２０４にはんだ付けされず、球のままで残るおそれが
あった。

【０００８】また、前記従来公報に添付された図面およ
び明細書の発明の実施の形態の記載内容から明らかなよ
うに、この補強リブは、ＢＧＡ（ＣＳＰ）とパッドとの
良好な接合強度を確保できるように、インターポーザの
外周部の４辺に設けられている。そのため、リフロー時
に、熱風がインターポーザ１０１のはんだバンプ１０４
側の面全域に回り込めないおそれがあった。すなわち、
このようにインターポーザ１０１の接合側の面の周囲を
完全に補強リブ２０１（２０１Ａ）で被ってしまうと、
リフロー時にこの補強リブ２０１が熱風の流通を阻害し
て（図１１の矢印参照）、熱風がインターポーザ１０１
の裏面の全てのはんだバンプ１０４まで届かず、接合不
良を起こすおそれがあった。

【０００９】そこで、この発明者らは、鋭意研究の結
果、補強リブをインターポーザと一体的に設ければ、高
精度で大きな強度の極細かつ極薄の補強リブを作製でき
ることを見い出した。しかも、この技術を応用して、イ
ンターポーザの外周部だけでなく、はんだバンプ間の狭
い隙間にも補強リブを作製して、半導体装置の実装基板
への接合強度を大きくすることに成功した。このため、
図１４に示すように、実装後、補強のため行われていた
アンダーフィル材３００によるＢＧＡ（ＣＳＰ）１００
の実装基板２０３への接着工程をなくすことができるよ
うになった。なお、図１４はアンダーフィル材によるＢ
ＧＡの実装補強工程の説明図である。図１４中、３０１
はアンダーフィル材３００を吐出するシリンジである。

【００１０】しかも、この発明者らは、インターポーザ
の外周部側の補強リブと、はんだバンプ間の補強リブと
を平行に配列すれば、リフロー時の熱風を、インターポ
ーザの他方の面に配設された多数個のはんだバンプに均
等に送り込めることを見出し、この発明を完成させた。
なお、前記特開平９−２０５１１３号公報では、その効
果に、前述したアンダーフィル材の不要が挙げられてい
る。しかしながら、この従来手段では、インターポーザ
の外周部の４辺だけに補強リブを設けたものであるた
め、接合面積が比較的せまい。そのため、デバイスサイ
ズ，各辺の補強リブ幅，補強リブ長さによっては、この
アンダーフィル材による補強を行った方が好ましい場合
もあったであろうと予想される。

【００１１】そこで、この発明は、実装基板への接合強
度を高めることができ、これにより接合力補強用のアン
ダーフィル材を不要にすることができ、また高精度で高
強度の補強リブを比較的容易に得ることができ、さらに
リフロー時における熱風のはんだバンプ側への回り込み
を阻害しない半導体装置を提供することを、その目的と
している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、インターポーザと、該インターポーザの一方の面に
搭載された半導体チップと、前記インターポーザの一方
の面に設けられて、前記半導体チップを外方から樹脂封
止する樹脂封止部材と、前記インターポーザの他方の面
に複数個ずつ並列されたボール状のはんだバンプと、を
備えた半導体装置において、前記インターポーザの外周
部および前記はんだバンプの列間の隙間部分に、互いに
平行な複数本の補強リブを、それぞれ前記インターポー
ザと一体化させて配設した半導体装置である。

【００１３】ここでいう半導体装置としては、はんだバ
ンプを有するＢＧＡ，ＣＳＰなどが挙げられる。この半
導体装置は、インターポーザ上に半導体チップが搭載さ
れる搭載式でも、インターポーザに半導体チップの一部
が埋没される埋没式でもよい。インターポーザの素材は
限定されない。例えば、セラミックス，ポリイミド，ガ
ラスエポキシなどの非導電性素材が挙げられる。したが
って、このインターポーザと一体的に設けられる補強リ
ブの素材も、通常、これと同じ非導電性素材となる。は
んだバンプの配列方法は限定されない。例えば、一定ピ
ッチであっても任意の間隔をあけて配列したものでもよ
い。各列は直線的な列でもよい。または、任意方向に曲
がっている列でもよい。さらに、各列を構成しているは
んだバンプの個数も限定されない。

【００１４】なお、補強リブの長さは限定されない。す
なわち、インターポーザの辺と同じ長さを有していても
よいし、それ以下でもよい。また、補強リブは全てのは
んだバンプの列間に設けてもよいし、一部の列間に設け
てもよい。それぞれの補強リブ幅および補強リブのピッ
チは限定されない。インターポーザの外周部の幅、およ
び、それぞれのはんだバンプの列間の隙間に応じて設計
変更することができる。各補強リブの表面は、はんだ付
けができるように金属めっきで被覆することができる。
めっき原料には、例えばニッケル，銅，はんだなどが挙
げられる。なお、めっき処理の範囲は限定されない。例
えば補強リブ面の全体でもよいし、その一部でもよい。
さらに、このめっきがインターポーザにかかっていても
よい。

【００１５】この発明では、複数本の補強リブを、イン
ターポーザの外周部と、はんだバンプの列間の隙間部分
とに配設している。これにより、実装後の半導体装置の
接合強度が高まる。その結果、それまで接合強度を補強
するために利用されてきたアンダーフィル材を不要にす
ることができる。しかも、各補強リブはインターポーザ
と一体化した状態で作製されている。そのため、高精度
で高強度の補強リブが比較的容易に得られる。さらに、
それぞれの補強リブは互いに平行に並べられている。そ
のため、リフロー時には、この補強リブが、はんだバン
プ側へ熱風が回り込むのを阻害しない。これにより、イ
ンターポーザの他方の面の各はんだバンプにこの熱風が
届かずに、接合不良を起こすというおそれを解消するこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施例を図面を参
照して説明する。なお、ここではＢＧＡを例にとる。図
１はこの発明の一実施例に係る半導体装置の斜視図であ
る。図２はこの発明の一実施例に係る半導体装置の断面
図である。図３はこの発明の一実施例に係る半導体装置
の平面図である。

【００１７】図１〜図３において、１０はこの発明の一
実施例に係るＢＧＡ（半導体装置）である。このＢＧＡ
１０は、インターポーザ１１を有している。インターポ
ーザ１１の表面中央部には、単結晶シリコン製の半導体
チップ１２が搭載されている。この半導体チップ１２表
面の端子と、インターポーザ１１表面の各一方の端子と
は金製のワイヤｗで接続されている。また、インターポ
ーザ１１上に搭載された半導体チップ１２は、樹脂封止
部材１３により樹脂封止されている。さらに、このイン
ターポーザ１１の裏面の全域には、直径０．４５ｍｍの
ボール形状をした多数個のはんだバンプ１４が、縦横一
定ピッチ（８ｍｍピッチ）で配列されている。すなわ
ち、各はんだバンプ１４の列間の隙間は任意幅となって
いる。

【００１８】次に、この一実施例に係るＢＧＡ１０の特
徴を説明する。すなわち、ＢＧＡ１０は、インターポー
ザ１１の裏面の外周部と、インターポーザ１１の裏面の
各はんだバンプ１４の列間の隙間部分に、互いに平行な
６本の補強リブ１５が一体成形されたことを特徴として
いる。しかも、各補強リブ１５の表面には、はんだ付け
のために、任意厚さのニッケルがめっきされている。な
お、各リブ１５はインターポーザ１１と同じ素材であ
る。次に、リブ１５の大きさの求め方について図５を用
いて説明すると、補強リブ１５の幅は任意幅であり、図
５に示す補強リブ１５の高さはＨである。また、ＢＧＡ
１０の実装高さ（スタンドオフ値）は、はんだバンプ１
４の直径（ボール径）と、インターポーザ１１に穿設さ
れたはんだバンプ１４の接続部の開口部径Ｌ１と、パッ
ド１７のパッド径Ｌ２とにより決定される。この補強リ
ブ１５の高さＨがスタンドオフ値からはんだ塗布厚を除
いた値と等しくなるように、パッド１７径、および、ク
リームはんだ１８の供給量を設定する。

【００１９】具体例を挙げれば、ピッチが０．８ｍｍ、
ボール径が０．４５ｍｍ、接続部の開口径Ｌ１が０．３
５ｍｍ、パッド径Ｌ２が０．３５ｍｍ、クリームはんだ
１８の塗布厚が０．１ｍｍの場合、周知の計算式から、
スタンドオフ値は０．３ｍｍとなる。これを踏まえて、
補強リブ１５の高さＨは、スタンドオフ値０．３ｍｍか
らクリームはんだ塗布厚０．１ｍｍを差し引いた０．２
ｍｍとなる。なお、図４中、１６は実装基板、１７Ａは
補強リブ１５の接合用の長尺なパッド、１４Ａははんだ
バンプ１４側のフィレット、１９は補強リブ１５側のフ
ィレットである。

【００２０】次に、この一実施例に係るＢＧＡ１０の実
装方法を説明する。図４（ａ），（ｂ）は、この発明の
一実施例に係るＢＧＡの実装工程を示す説明図である。
このＢＧＡ１０の実装時には、まず図４（ａ）に示すよ
うに、実装用の移載ヘッド（図外）に吸着されたＢＧＡ
１０を実装基板１６のパッド１７，１７Ａの上方へと移
動させる。その後、移載ヘッドを昇降させて、このＢＧ
Ａ１０を実装基板１６上に搭載する。それから、これを
図外のリフロー装置の中に通してリフローする。これに
より、多数個のはんだバンプ１４側のフィレット１４
Ａ、および、多数本の補強リブ１５側のフィレット１９
を介して、この実装基板１６上にＢＧＡ１０が、大きな
接合強度で堅固に固着される。

【００２１】このように、多数本の補強リブ１５を、イ
ンターポーザ１１の対向する一対の外周部と、各はんだ
バンプ１４の列間の隙間部分とに配設したので、実装後
のＢＧＡ１０の接合強度が高まる。その結果、それまで
補強用に使われていたアンダーフィル材を不要にするこ
とができる。ここで、ＢＧＡ１０の実装後のせん断強度
および引っ張り強度の大きさについて説明する。前者の
ＢＧＡ１０のせん断強度は次式で表される。 τ＝Ｐ／Ａなお、τはせん断応力、Ｐはせん断力、Ａはせん断部断
面積である。このせん断部断面積Ａが増えると、せん断
応力τが小さくなる。すなわち、大きなせん断力Ｐに耐
えることができる。

【００２２】また、各補強リブ１５が平行に配列されて
いるので、ＢＧＡ１０に対するねじり、曲げの強度（引
っ張り強度）が向上する。実装後のＢＧＡ１０の引っ張
り強度は次式で表される。 ρ＝Ｐ／Ａここで、ρ：引っ張り応力、Ｐ：引っ張り力、Ａ：せん
断部断面積である。せん断部断面積Ａが増えると、引っ
張り応力τも小さくなり、その結果、大きな引っ張り力
に耐えることができる。

【００２３】また、このＢＧＡ１０の各補強リブ１５
は、インターポーザ１１と同じ素材で、このインターポ
ーザ１１と一体的に作製されている。これにより、高精
度で高強度の補強リブ１５を比較的容易に得ることがで
きる。また、各補強リブ１５は互いに平行に並列されて
いる。よってリフロー時に、これらの補強リブ１５が、
熱風のはんだバンプ１４側へ回り込むのを阻害しない。
すなわち、図３の矢印に示すように、この熱風は、各補
強リブ１５間の互いに平行な通路を通って、全てのはん
だバンプ１４をまんべんなく加熱する。これにより、リ
フロー後の接合不良を解消することができる。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、インターポーザの外
周部およびはんだバンプの列間の隙間部分に、互いに平
行な複数本の補強リブを、このインターポーザと一体化
して配設したので、実装基板への接合強度を高めること
ができる。よって、アンダーフィル材の使用をなくすこ
とができる。また、高精度で高強度の補強リブを比較的
容易に得ることができる。さらに、リフロー時に熱風が
はんだバンプ側への回り込むのを阻害するおそれがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る半導体装置の斜視図
である。

【図２】この発明の一実施例に係る半導体装置の断面図
である。

【図３】この発明の一実施例に係る半導体装置の平面図
である。

【図４】（ａ），（ｂ）他の従来手段に係るＢＧＡの実
装工程を示す説明図である。

【図５】図４のＳ５部分の拡大断面図である。

【図６】従来の一般的なＢＧＡの斜視図である。

【図７】従来の一般的なＢＧＡの断面図である。

【図８】従来の一般的なＢＧＡの底面図である。

【図９】従来手段のＢＧＡの斜視図である。

【図１０】従来手段のＢＧＡの断面図である。

【図１１】従来手段のＢＧＡの底面図である。

【図１２】他の従来手段に係るＢＧＡの底面図である。

【図１３】（ａ），（ｂ）他の従来手段に係るＢＧＡの
実装工程の説明図である。

【図１４】アンダーフィル材によるＢＧＡの実装補強工
程の説明図である。

【符号の説明】

１０半導体装置、１１インターポーザ、１２半導体チップ、１３樹脂封止部材、１４はんだバンプ、１５補強リブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者根本保志東京都中野区東中野三丁目14番20号国際電気株式会社内 (72)発明者北原勝東京都中野区東中野三丁目14番20号国際電気株式会社内 (72)発明者慈眼雅啓東京都中野区東中野三丁目14番20号国際電気株式会社内Ｆターム(参考） 5F044 KK01 KK11 LL01 QQ00 QQ03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インターポーザと、該インターポーザの
一方の面に搭載された半導体チップと、前記インターポ
ーザの一方の面に設けられて、前記半導体チップを外方
から樹脂封止する樹脂封止部材と、前記インターポーザ
の他方の面に複数個ずつ並列されたボール状のはんだバ
ンプと、を備えた半導体装置において、前記インターポーザの外周部および前記はんだバンプの
列間の隙間部分に、互いに平行な複数本の補強リブを、
それぞれ前記インターポーザと一体化させて配設した半
導体装置。