JP2001135749A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板スペース利用効率を高め、接続信頼性を
高めた半導体装置を得る。 【解決手段】 半導体装置はフリップチップ実装構造を
とっており、半導体チップ2は回路面を中間基板3側に
向けて実装されている。半導体チップ2の裏面側すなわ
ち中間基板3の反対側に補強基板4が設けられている。
補強基板4の厚み、材質は中間基板と同じであり、半導
体チップ2および中間基板3へ接着剤5により強固に接
着されている。中間基板3の半導体チップ2を実装して
いる面の反対面にはBGA接続用のはんだボール6が形
成され、このはんだボール6によりマザーボード7に実
装されている。この構成により、マザーボード7へ実装
時の熱ストレスが加わった時に半導体装置自身の反りの
発生を抑えることができ、はんだボール6の接続部に加
わるストレスを抑えることができ、BGAはんだボール
6の接続信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、面実装型の半導体
装置に関し、特に、本発明は、中間基板に有機基板を用
いたフリップチップ実装を有する面実装型の半導体装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置は一般に、放熱板、補
強板等を設けて構成される。例えば、従来例1としての
特開平11−40687号公報の「半導体装置」を、図
4および図5に示す。図4は縦断面図、図5は横断面図
である。この従来の半導体装置は、半導体チップ21、
バンプ22、樹脂基板23、樹脂基板上面24、パッド
25、はんだボール27、封止樹脂28、補強板29、
接着剤30、33、補強部材31、およびカバー板32
を有して構成される。本構成の半導体装置は、反り防止
のためにフリップチップ型のBGA(Ball Grid Array)
パッケージの半導体チップ21を避けた四隅の部分に補
強板29を接着し、さらにその上にカバー板32を接着
した構造となっている。必要に応じて、カバー板32の
上面に不図示の放熱フィンを取り付けることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の構造の半導体装置は、樹脂基板23の半導体チッ
プ21を避けた部分を使用して補強板29を取り付ける
ため、取り付けのためのエリアが必要であり、半導体装
置の外形サイズを極力小さくしようとするには適してい
ない。
【0004】また、補強板29、カバー板32はSUS
304や銅を使用しており、重量も大きく、小型軽量化
を狙う製品への適用には適していない。その熱膨張係数
は、SUS304:18.9ppm、銅:16.5pp
mといずれも通常のガラスエポキシ基板の12〜14p
pmよりも大きく、リフロー時やその後に温度変化にさ
らされた場合、熱膨張係数の大きさが違うことによるス
トレスが半導体装置に加わり、PKG(パッケージ)自
身の信頼性を低下させる可能性がある。
【0005】さらに熱膨張係数が異なることにより、温
度変化により半導体装置に反りが生じ、その反りの生じ
る部分にはんだボール接続部が有る場合は、応力が加わ
り、はんだでの破断を引き起こし易く、接続信頼性を低
下させる場合があるという問題を伴う。
【0006】本発明は、基板スペース利用効率を高め、
接続信頼性を高めた半導体装置を提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、中間基板に有機基板を用い
たフリップチップ実装を有する面実装型の半導体装置で
あり、回路面を中間基板側に向けて実装されている半導
体チップと、半導体チップの裏面側すなわち中間基板の
反対側に設けらた補強基板と、中間基板の半導体チップ
を実装している面の反対面に形成されたBGA接続用の
はんだボールとを有して構成されたことを特徴としてい
る。
【0008】また、上記の補強基板の厚みおよび材質を
中間基板と同じとし、この補強基板には半導体チップと
同じ厚みおよび同じ大きさの凹部(キャビティ)を設
け、この凹部へ半導体チップを収容して半導体チップを
覆い包む構造とするとよい。
【0009】さらに、補強基板の両表層にはベタ銅パタ
ーンを設け、この補強基板の半導体チップの上部に当た
る部分にさらに所定の大きさの放熱用スルーホールを設
け、放熱性を高めるとよい。
【0010】上記の補強基板は、半導体チップおよび中
間基板へ所定の接着剤により強固に接着され、はんだボ
ールにより所定のマザーボードに実装可能とするとよ
い。
【0011】なお、中間基板の熱膨張係数(α1)と補
強基板の熱膨張係数(α2)を、α1>α2、の関係と
するとよい。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
による半導体装置の実施の形態を詳細に説明する。図1
から図3を参照すると、本発明の半導体装置の一実施形
態が示されている。
【0013】(第1の実施例)図1に本発明の半導体装
置の第1の実施例の断面図を示す。本実施例の半導体装
置1は、半導体チップ2、中間基板3、補強基板4、接
着材5、はんだボール6、マザーボード7、放熱用スル
ーホール8、を有して構成される。
【0014】半導体装置1はフリップチップ実装構造を
とっており、半導体チップ2は回路面を中間基板3側に
向けて実装されている。半導体チップ2の裏面側すなわ
ち中間基板3の反対側に補強基板4が設けられている。
補強基板4の厚み、材質は中間基板と同じであり、半導
体チップ2および中間基板3へ接着剤5により強固に接
着されている。中間基板3の半導体チップ2を実装して
いる面の反対面にはBGA(Ball Grid Array)接続用の
はんだボール6が形成され、このはんだボール6により
マザーボード7に実装されている。
【0015】(動作の説明)図1に示す本発明の半導体
装置の第1の実施例について、図面を基に詳細に説明す
る。上記に構成される半導体装置1は、フリップチップ
実装構造をとっており、半導体チップ2の回路面を中間
基板3側に向けて実装されている。中間基板3はガラス
エポキシ基板であり、半導体チップ2のピン数とピンピ
ッチによっては微細配線の可能なビルドアップ構造の基
板を使用することができる。
【0016】半導体チップ2の裏面側、すなわち中間基
板3の反対側に補強基板4が設けられている。補強基板
4の材質は、中間基板3と同じガラスエポキシ基板を用
いており、図1の場合は、板厚、外形サイズも中間基板
3と同じである。この補強基板4は、半導体チップ2お
よび中間基板3に接着剤5により強固に接着されてい
る。半導体チップ1の厚み分、補強基板4と中間基板3
に間隙が生ずるが、その間隙へも接着剤5を充填する。
本実施例での接着剤5は、熱硬化型のエポキシ樹脂を用
いている。
【0017】中間基板3の半導体チップ2を実装してい
る面の反対面にBGA接続用のはんだボール6が形成さ
れ、このはんだボール6により、電気的、機械的にマザ
ーボード7に実装されている。本実施例でのはんだボー
ル6は、Sn63/Pb37の共晶はんだを用いてい
る。
【0018】本実施例の第1の効果として、半導体装置
をマザーボードに実装した際のBGAはんだボールの接
続信頼性が良いことがあげられる。これは、半導体チッ
プに対して、同材質の中間基板と補強基板が対称的に配
置されている構造であるため、熱ストレスが加わった時
に半導体装置自身の反りの発生を抑えることができるか
らである。その結果、マザーボードに実装した時に、は
んだボールの接続部に加わるストレスを抑えることがで
きる。
【0019】本実施例の第2の効果として、軽量、小型
な半導体装置を得ることができる。これは、比重の大き
い金属製の補強基板を使用せず、比重の小さい樹脂性の
基板を使用しているためである。また、補強基板を半導
体チップも含めた部分に接着することができ、半導体装
置としての外形サイズを極力小さくすることができる。
【0020】(第2の実施例)本発明の第2の実施例を
図2に示す。本図2においては補強基板4には、半導体
チップ2と同じ厚み、同じ大きさの凹部(キャビティ)
が設けてあり、接着する際に半導体チップ2を覆い包む
構造となっている。補強基板4の最も厚い部分の厚み
は、半導体チップ2と中間基板3の厚みを合わせた厚み
となっている。
【0021】本構造とすることにより、第1の実施例の
場合よりも接着材の部分が小さくなり、より温度ストレ
スが加わった場合のPKG自身の信頼性を向上させるこ
とができる。
【0022】(第3の実施例)本発明の第3の実施例を
図3に示す。本図3においては、補強基板4の半導体チ
ップ2の上部に当たる部分に放熱用スルーホール8が設
けられている。放熱用スルーホール8を補強基板4の両
表層に設けたベタ銅パターンに接続することにより、さ
らに放熱性を高めることができる。本構造においては、
半導体チップ2の周囲を密封する構造でありながら熱設
計も考慮しているため、消費電力の大きい半導体チップ
にも適用可能である。
【0023】これは図2の構造においても、放熱用スル
ーホール8を設けることにより、本第3の実施例と同様
の効果を得ることができる。
【0024】(第4の実施例)第1から第3の実施例で
は、中間基板3と補強基板4は同じ材質の同じサイズの
ものを使用しているが、第4の実施例として半導体チッ
プ2、中間基板3、補強基板4さらにはマザーボード7
のそれぞれの熱膨張係数を考慮してBGAの接続信頼性
を向上させることもできる。
【0025】中間基板3と補強基板4はいずれも半導体
装置の外形サイズと同サイズであり、使用する基板面積
はそれほど大きくない。しかしマザーボード7は、通常
使用する基板面積は大きいため、安価な基板を使用する
ことが望ましい。安価な基板としては、熱膨張係数の大
きいガラスエポキシ基板が代表的であるが、その熱膨張
係数は大きい場合で14ppmまで大きくなる。
【0026】一方、フリップチップ実装する相手の中間
基板3には、半導体チップ2の熱膨張係数(3ppm)
に近づけるために、低膨張の有機基板を使用する場合が
ある(10〜7ppm程度)。その場合は、中間基板3
の熱膨張係数(α1)と補強基板4の熱膨張係数(α
2)を、α1>α2、とすることにより、BGAの接続
信頼性を向上させることができる。
【0027】これは、このような熱膨張係数にすること
により、半導体装置1単体では、加熱時には中央部が下
に凸に、冷却時には上に凸に変形する。よって、半導体
装置1を熱膨張係数の大きいマザーボード7に実装した
場合の、加熱冷却時の変形に追従する。ただし、半導体
装置1単体の加熱時の変形量は、補強基板4を取り付け
ていない構造の時よりも変形量を小さくコントロールす
る必要がある。
【0028】また、同様な効果として、中間基板3と補
強基板4の材質を同じとした場合は、中間基板3の板厚
(t1)と補強基板4の板厚を、t1>t2、として中
間基板2の熱変形をやや優位とさせてもよい。
【0029】さらに、板厚を同じとした場合で、中間基
板3の剛性(E1)を補強基板4の剛性(E2)を、E
1>E2、としてもよい。このことは、これらを組み合
わせた場合や、基板の表層、内層の銅配線層のパターン
の設計によっても同様な効果を得ることができるのは明
らかである。
【0030】尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施
の一例である。但し、これに限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施
が可能である。
【0031】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の半導体装置は、半導体チップが回路面を中間基板側に
向けて実装され、補強基板が半導体チップの裏面側すな
わち中間基板の反対側に設けられ、BGA接続用のはん
だボールが中間基板の半導体チップを実装している面の
反対面に形成されている。この構成により、マザーボー
ドへ実装時の熱ストレスが加わった時に半導体装置自身
の反りの発生を抑えることができ、また、はんだボール
の接続部に加わるストレスも抑えることができ、BGA
はんだボールの接続信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の実施形態を示す第1の実
施例の断面図である。
【図2】第2の実施例の断面図である。
【図3】第3の実施例の断面図である。
【図4】従来例の縦断面図である。
【図5】従来例の横断面図である。
【符号の説明】
1 半導体装置 2 半導体チップ 3 中間基板 4 補強基板 5 接着材 6 はんだボール 7 マザーボード 8 放熱用スルーホール 21 半導体チップ 22 バンプ 23 樹脂基板 24 樹脂基板上面 25 パッド 27 はんだボール 28 封止樹脂 29 補強板 30、33 接着剤 31 補強部材 32 カバー板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中間基板に有機基板を用いたフリップチ
    ップ実装を有する面実装型の半導体装置において、 回路面を前記中間基板側に向けて実装されている半導体
    チップと、 前記半導体チップの裏面側すなわち中間基板の反対側に
    設けられた補強基板と、 前記中間基板の半導体チップを実装している面の反対面
    に形成されたBGA接続用のはんだボールと、 を有して構成されたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記補強基板の厚みおよび材質を、前記
    中間基板と同じとしたことを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記補強基板には、前記半導体チップと
    同じ厚みおよび同じ大きさの凹部(キャビティ)を設
    け、該凹部へ前記半導体チップを収容し、該半導体チッ
    プを覆い包む構造としたことを特徴とする請求項1また
    は2に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記補強基板の両表層にはベタ銅パター
    ンを設け、該補強基板の前記半導体チップの上部に当た
    る部分にさらに所定の大きさの放熱用スルーホールを設
    け、放熱性を高めたことを特徴とする請求項1から3の
    何れかに記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記補強基板は、前記半導体チップおよ
    び中間基板へ所定の接着剤により強固に接着されている
    ことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の半導
    体装置。
  6. 【請求項6】 前記補強基板は、前記はんだボールによ
    り所定のマザーボードに実装可能としたことを特徴とす
    る請求項1から5の何れかに記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 前記中間基板の熱膨張係数(α1)と前
    記補強基板の熱膨張係数(α2)を、α1>α2、の関
    係としたことを特徴とする請求項1から6の何れかに記
    載の半導体装置。
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