JP2003017625A - インターポーザおよび半導体パッケージ - Google Patents
インターポーザおよび半導体パッケージInfo
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Landscapes
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Abstract
よび接合界面のせん断応力低減可能なインターポーザお
よび半導体パッケージを提供する。 【解決手段】半導体チップ1と、インターポーザ基板2
と、インターポーザ基板2に半導体チップ1が搭載され
る領域で、インターポーザ基板2の対角をなす2つの頂
点間の一部で、長辺に垂直になるように形成されたスリ
ット6と、インターポーザ基板2上に形成された電極9
と半導体チップ1を接続する金属細線5と封止する封止
樹脂3を設けたので、半導体パッケージ100をインタ
ーポーザ基板2に実装する場合において、インターポー
ザ基板2の反りがスリット6により低減される。また、
半導体パッケージ100をマーザーボードへはんだ接合
して実装する場合において、その温度変化によりインタ
ーポーザ基板2と半導体チップ1および封止樹脂3の界
面に生じるせん断応力が低減される。
Description
装するインターポーザ、および当該インターポーザに半
導体チップを実装した半導体パッケージに関する。
話、あるいはノートパソコンなど、携帯用電子機器の小
型化、薄型化、軽量化に対する要求は強くなる一方であ
り、これに応えるために近年のVLSIなどの半導体装
置においては、3年で7割の縮小化を実現してきた一方
で、実装基板上の部品実装密度をいかに向上させるかが
重要な課題として研究および開発がなされてきた。
は、DIP(Dual Inline Package)あるいはPGA(P
in Grid Array)などのプリント基板に設けられたスル
ーホールにリード線を挿入して実装するリード挿入型
(THD:Through Hall Mounte Device)やQFP(Qu
ad Flat Packag)あるいはTCP(Tape Carrier packa
ge)リード端子を基板の表面にハンダつけして実装する
表面実装型(SMD:Surface Mount Device)が用いら
れてきた。さらに、装置の小型化、高密度化のために、
パッケージサイズを半導体チップの大きさに限りなく近
づけたチップサイズパッケージ(CSP:Chip Size Pa
ckage 、FBGA(Fine-Pitch BGA))とも呼ばれるパ
ッケージ形態に移行してきた。
ッケージの構造を示す斜視図である。図10は、図9の
A−A’間での断面図である。
00は、図9,10に示すように、ガラスエポキシ材等
からなるインターポーザ基板2a上に接着材4を介して
半導体チップ1が搭載され、インターポーザ基板2a上
に形成された電極9と、半導体チップ1が金属細線5で
電気的に接続され、金属細線5と半導体チップ1の一部
が封止樹脂3で封止されている。インターポーザ2aチ
ップ搭載面の裏面には、金属細線5と電気的に接続され
たランド7が形成されている。
のマザーボード(実装基板)の端子とインターポーザ2
のランド7とがハンダ接合で電気的に接続されるよう
に、マザーボード上に実装されて使用されることにな
る。
型パッケージ100の製造方法を説明する。
ポーザ基板2aの上面に、半導体チップ1を接着材4を
介して接着する。この際、接着材4として、たとえば銀
ペーストをインターポーザ基板2aと半導体チップ1の
間に塗布し、約160℃の熱で圧着させる。
ッドとインターポーザ基板2aの上部に形成されている
電極9とを金属細線5で結線する。
ない上型と下型とからなる封止用金型で挟み、封止樹脂
3を注入硬化させることで、半導体パッケージ100が
完成する。
た従来構造の半導体パッケージには、以下のように主と
して大きく2つの問題点がある。
0は、半導体チップ1、インターポーザ基板2a、およ
び封止樹脂3という線膨張率の異なる異材料間を接合し
た構造であるため、温度変化がある場合に半導体パッケ
ージ100に反りが発生する。
張率をα1 、インターポーザ基板2aの線膨張率をα
2 、封止樹脂3の線膨張率をα3 、半導体チップ1に発
生する熱膨張量をδ1 、インターポーザ基板2aに発生
する熱膨張量をδ2 、封止樹脂3に発生する熱膨張量を
δ3 、半導体チップ1の長さをt1 、インターポーザ基
板2aの長さをt2 、封止樹脂3の長さをt3 とする
と、以下の関係がある。
と線膨張率α2 および線膨張率α3の違いにより半導体
チップ1とインターポーザ基板2aおよび封止樹脂3が
異なる比率で伸縮し反りの原因となる。
以下に示す。半導体チップ1のシリコンの線膨張率は
3.5×10-6/℃、インターポーザ基板2aの線膨張
率は15×10-6/℃、封止樹脂3の線膨張率は16×
10-6/℃である。上述のようにシリコンの線膨張率と
インターポーザ基板2aの線膨張率の比率は約1/4、
またシリコンの線膨張率と封止樹脂3の線膨張率の比率
は約1/4.5である。
マイナスの温度荷重がかけられた場合の変形の様子を模
式的に示す断面図である。説明の簡略化のために半導体
チップ1およびインターポーザ基板2a以外の構成要素
は図示しない。
を搭載する際に、接着材4を塗布し熱硬化させる。この
熱硬化の際の高温での状態が反りおよび応力ゼロの相対
位置となるため、冷却時にはマイナスの温度荷重された
状態となり、半導体チップ1よりもインターポーザ基板
2aの収縮量が大きいので縁部が下側に反ってしまう。
ージ100をマザーボードに実装する際に、はんだ接合
の不具合が発生するという問題点がある。たとえば、反
り量の大きい箇所は、インターポーザ基板2aが実装さ
れる図示しないマザーボードと、インターポーザ基板2
aの隙間が大きくなるため、はんだ量が不足し、十分な
はんだ付け結合信頼性が得られないという問題点があ
る。
間の線膨張率の違いにより、半導体パッケージ100を
マーザーボードに実装する際のはんだ接合に伴う温度上
昇による膨張が発生した場合に、異材料間の接合界面に
せん断応力が発生し接合界面の剥離が発生するという問
題点がある。
ザーボードに実装する際のはんだ接合に伴う温度上昇に
より、インターポーザ基板2aと封止樹脂3との接合界
面にせん断応力が発生し、インターポーザ基板2aと封
止樹脂3の接合界面の剥離が生じ、金属細線5が断線す
る可能性がある。その場合には、金属細線5の断線によ
り半導体チップ1の内部の電気回路が正常に動作しない
という問題点がある。
のであり、その目的は、半導体パッケージの反りを低減
でき、マザーボード実装時においてマザーボードとイン
ターポーザとの隙間を均一に保つことができるインター
ポーザおよびそのインターポーザを用いた半導体パッケ
ージを提供することにある。
実装時においてインターポーザと半導体チップとの接合
界面および封止樹脂との接合界面のせん断応力による界
面剥離を防止可能なインターポーザおよびそのインター
ポーザを用いた半導体パッケージを提供することにあ
る。
め、本発明のインターポーザは、電子素子を搭載するイ
ンターポーザであって、前記電子素子との熱膨張差を緩
和する熱膨張緩和手段を含む。
トである。
ンターポーザと前記電子素子の接合領域内で最大の距離
をもつ2点間の一部に形成されている。
矩形であり、前記スリットは、当該インターポーザの対
角をなす2つの頂点間の一部に形成されている。
と、前記電極と前記電子素子を接続する配線部と、少な
くとも前記配線部を封止する封止樹脂とを有する。
前記電子素子との熱膨張差を緩和するための熱膨張緩和
手段であるスリットが、たとえば、インターポーザと電
子素子の接合領域内で最大の距離をもつ2点間の一部に
形成されている。このため、たとえば、本発明のインタ
ーポーザに電子素子を熱をかけ圧着することで実装する
場合においても、電子素子とインターポーザとの線膨張
率の違いにより生じる反りがスリットにより緩和され
る。また、本発明のインターポーザをマーザーボードに
はんだ接合で実装する際に、インターポーザと電子素
子、およびインターポーザと封止樹脂の線膨張率の差に
より生じるせん断応力がスリットにより緩和される。
明の半導体パッケージは、電子素子と、当該電子素子を
搭載するインターポーザと、前記電子素子を封止する封
止樹脂とを有する半導体パッケージであって、前記イン
ターポーザは、前記電子素子との熱膨張差を緩和する熱
膨張緩和手段を含む。
トである。
ンターポーザと前記電子素子の接合領域内で最大の距離
をもつ2点間の一部に形成されている。
矩形であり、前記スリットは、当該インターポーザの対
角をなす2つの頂点間の一部に形成されている。
形成された電極と、前記電極と前記電子素子を接続する
配線部とを有し、前記封止樹脂は、少なくとも前記配線
部を封止している。
ば、インターポーザに電子素子との熱膨張差を緩和する
ための熱膨張緩和手段であるスリットが、たとえば、イ
ンターポーザと電子素子の接合領域内で最大の距離をも
つ2点間の一部に形成されている。このため、たとえ
ば、電子素子をインターポーザに実装する際に、電子素
子とインターポーザとの線膨張率の違いにより生じる反
りがスリットにより緩和される。また、本発明の半導体
パッケージをマーザーボードにはんだ接合で実装する際
に、インターポーザと電子素子、およびインターポーザ
と封止樹脂の線膨張率の違いにより生じるせん断応力が
スリットにより緩和され、マーザーボードに実装され
る。
および半導体パッケージの実施の形態について、図面を
参照して説明する。
パッケージ100の構造を示す断面図である。
0は、図1に示すように、スリット6が形成されたイン
ターポーザ基板2上に接着材4を介して半導体チップ1
が搭載されている。
プであり、所望の機能を有する電子回路を含む。また、
半導体チップ1には、図示しないボンディングパッドが
形成され、インターポーザ基板2上に形成された電極9
と、金属細線5で接続されている。
プ1の上部中央部を除いた部分およ金属細線5と電極9
を封止する、たとえばエポキシ樹脂等からなる封止樹脂
3が形成されている。
載面の裏面には、金属細線5と電気的に接続されたラン
ド7が形成されており、図示しないマーザーボードに実
装する際に、マーザーボードに形成された電極と接続さ
れる。
ーザ基板2の接続部分を拡大した図である。
は、接着材4を介して半導体チップ1が搭載される。こ
の接着材4は、たとえば、フィラ8を含む銀ペースト等
であり半導体チップ1とインターポーザ基板2を固着す
る役割を持っている。銀ペーストの熱硬化温度は約16
0℃前後である。フィラ8は、一定の直径を持つ球状の
形状をした粒子であり、半導体チップ1とインターポー
ザ基板2の間に介在して、半導体チップ1とインターポ
ーザ基板2の間隔を一定に保つ機能を有する。
示す図である。
形成されている。たとえば、スリット6は、図3に示す
ように、半導体チップ1が搭載される領域にインターポ
ーザ基板2の長辺と垂直になるように平行な3本のスリ
ットが形成され、フィラ8の間に形成されている。
明するための図である。反り量は、異材料間の接合距離
に比例して増加する傾向がある。本実施の形態のよう
に、図4に示すような接合領域をもつ場合には、半導体
チップ1とインターポーザ基板2aの接合領域の長手方
向の距離、つまり対角線B−B’および対角線C−C’
に沿って測った接合距離が他に比して長いために、その
方向での伸縮が大きくなり、それに応じた反りが生じ
る。
は、インターポーザ基板2の長手方向である対角線に沿
って測った距離、つまり接合領域の対角する2頂点の間
の距離が接合領域内の一番長い接合距離であり、かつイ
ンターポーザ基板2では長辺が長いために、長辺に垂直
になるようにスリットを形成した。実際には、スリット
6の位置や形状は、インターポーザ基板2に形成されて
いる電極9やランド7や半導体チップ1等の配置を考慮
して形成する必要がある。
イナスの温度荷重がかけられた場合の変形の様子を模式
的に示す断面図である。
外の半導体チップ1、封止樹脂3、金属細線5、ランド
7等の構成要素は図示しない。
ーポーザ基板2の線膨張率が異なり、半導体チップ1の
線膨張率がインターポーザ基板2の面方向の線膨張率の
1/4程度である。
ト6を形成しない場合には、製造時に半導体チップ1の
搭載のために、熱が印加され、この高温での状態が反り
および応力ゼロの相対位置となるため、冷却時には、マ
イナスの温度荷重された状態となり、半導体チップ1よ
りもインターポーザ基板2の収縮量が大きいので下側に
反ってしまう。
ボードに、はんだ接合により実装する際の温度上昇のた
めに、インターポーザ基板2が膨張し、半導体チップ1
や封止樹脂3の間にせん断応力が発生する。
び樹脂Bで形成されたインターポーザ基板2の反り量d
とスリットの本数との関係を示す図である。
ザ基板2に形成するスリットの数を0,1,3本に変え
て反り量dを測定した。また、インターポーザ基板2の
成分を変えて測定した。
インターポーザ基板2の中央部に、インターポーザ基板
2の長辺と垂直になるように平行な3本のスリットを形
成し、スリットが1本の場合には、図3の3本のうちの
中央のスリット1本のみを形成した。その結果を図6に
示す。
合を説明する。インターポーザ基板2にスリットが形成
されていない場合の反り量dは、最大70.5、最小6
0.0μm、平均70.0μmであった。インターポー
ザ基板2に1本のスリット6が形成されている場合の反
り量dは、最大70.0μm、最小50.0μm、平均
64.0μmであった。また、インターポーザ基板2に
3本のスリット6が形成されている場合の反り量dは、
最大58.0μm、最小50.0μm、平均52.0μ
mであった。
基板2の材料が樹脂Bの場合を説明する。インターポー
ザ基板2にスリットが形成されていない場合の反り量d
は、最大70.0、最小50.0μm、平均63.0μ
mであった。インターポーザ基板2に1本のスリット6
が形成されている場合の反り量dは、最大50.0μ
m、最小46.0μm、平均48.0μmであった。ま
た、インターポーザ基板2に3本のスリット6が形成さ
れてる場合の反り量dは、最大48.0μm、最小4
0.0μm、平均44.0μmであった。
ンターポーザ基板2を構成する樹脂が異なるにもかわら
ず、スリット6を形成することにより反り量dが低減す
るという効果が見られた。なお、実際には、反り量dは
約60μm以下であることが望ましい。
ケージ100では、インターポーザ基板2に、半導体チ
ップ1が搭載される領域で、インターポーザ基板2の対
角をなす2つの頂点間の一部で、長辺に垂直になるよう
にスリット6を形成したので、たとえば、インターポー
ザ基板2に半導体チップ1を実装した際に、インターポ
ーザ基板2と半導体チップ1の線膨張率の差から生じる
反りがスリット6で緩和され、半導体パッケージ100
をマーザーボードにはんだ接合して実装する際に、半導
体パッケージ100とマーザーボードの隙間がほぼ同じ
間隔になり、はんだ接合性を向上することができるとい
う利点がある。
をマーザーボードへ加熱して実装する場合において、そ
の温度変化によりインターポーザ基板2と半導体チップ
1との熱膨張差、およびインターポーザ基板2と封止樹
脂3との熱膨張差により発生するせん断応力がスリット
6により緩和されて、インターポーザ基板2、半導体チ
ップ1、および封止樹脂3の接合界面のせん断応力によ
る界面剥離を防止でき、半導体パッケージ100の信頼
性を向上させることができるという利点がある。
のではなく、任意好適な種々の改変が可能である。たと
えば、スリット6の形状や寸法や数量は上記の実施の形
態に限られるものではない。たとえば、図7に示すよう
に、スリット6は、十字型のスリットを3つ並んで形成
してもよい。また、図8に示すように、スリット6は、
インターポーザ基板2の中央にチップの大きさよりも小
さくくり抜かれた形態でもよい。
よび半導体パッケージによれば、半導体パッケージの反
りを低減でき、マーザーボード実装時において、マーザ
ーボードとインターポーザとの隙間を均一に保つことが
でき、はんだ接合の信頼性を向上させることができる。
また、マーザーボード実装時においてインターポーザと
電子素子および封止樹脂の接合界面のせん断応力による
界面剥離を防止することができ、半導体パッケージの信
頼性を向上させることができる。
の形態の構造を示した断面図である。
続部分を拡大した図である。
る。
ナスの温度荷重がかけられた場合の変形の様子を示す図
である。
量とスリットの本数との関係を示す図である。
す図である。
す図である。
造を示す斜観図である。
荷重がかけられた場合の変形の様子を示す図である。
ンターポーザ基板、3…封止樹脂、4…接着材、5…金
属細線、6…スリット、7…ランド、8…フィラ、9…
電極。
Claims (10)
- 【請求項1】電子素子を搭載するインターポーザであっ
て、 前記電子素子との熱膨張差を緩和する熱膨張緩和手段を
含むインターポーザ。 - 【請求項2】前記熱膨張緩和手段は、スリットである請
求項1に記載のインターポーザ。 - 【請求項3】前記スリットは、前記インターポーザと前
記電子素子の接合領域内で最大の距離をもつ2点間の一
部に形成されている請求項2に記載のインターポーザ。 - 【請求項4】前記インターポーザは、矩形であり、 前記スリットは、当該インターポーザの対角をなす2つ
の頂点間の一部に形成されている請求項2に記載のイン
ターポーザ。 - 【請求項5】表面に形成された電極と、 前記電極と前記電子素子を接続する配線部と、 少なくとも前記配線部を封止する封止樹脂とを有する請
求項1に記載のインターポーザ。 - 【請求項6】電子素子と、当該電子素子を搭載するイン
ターポーザと、前記電子素子を封止する封止樹脂とを有
する半導体パッケージであって、 前記インターポーザは、前記電子素子との熱膨張差を緩
和する熱膨張緩和手段を含む半導体パッケージ。 - 【請求項7】前記熱膨張緩和手段は、スリットである請
求項6に記載の半導体パッケージ。 - 【請求項8】前記スリットは、前記インターポーザと前
記電子素子の接合領域内で最大の距離をもつ2点間の一
部に形成されている請求項7に記載の半導体パッケー
ジ。 - 【請求項9】前記インターポーザは、矩形であり、 前記スリットは、当該インターポーザの対角をなす2つ
の頂点間の一部に形成されている請求項7に記載の半導
体パッケージ。 - 【請求項10】前記インターポーザ上に形成された電極
と、 前記電極と前記電子素子を接続する配線部とを有し、 前記封止樹脂は、少なくとも前記配線部を封止している
請求項6に記載の半導体パッケージ。
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JP2003017625A true JP2003017625A (ja) | 2003-01-17 |
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