JP2003258153A - 半導体パッケージの実装構造 - Google Patents

半導体パッケージの実装構造

Info

Publication number
JP2003258153A
JP2003258153A JP2002058560A JP2002058560A JP2003258153A JP 2003258153 A JP2003258153 A JP 2003258153A JP 2002058560 A JP2002058560 A JP 2002058560A JP 2002058560 A JP2002058560 A JP 2002058560A JP 2003258153 A JP2003258153 A JP 2003258153A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
thermal expansion
semiconductor package
semiconductor chip
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002058560A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichi Miyazaki
裕一 宮崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2002058560A priority Critical patent/JP2003258153A/ja
Publication of JP2003258153A publication Critical patent/JP2003258153A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/153Connection portion
    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA

Landscapes

  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップの発熱による熱応力によって半
導体パッケージに反りが発生し、半田接続の信頼性が低
下する。 【解決手段】 半導体チップがキャリア基板に搭載され
た半導体パッケージにおいて、半導体チップのキャリア
基板との接続面とは反対側の面に、低熱膨張基板と高熱
膨張基板とを組み合わせたバイメタル構造の基板を備え
付ける。該基板の体熱膨張基板側を半導体チップの面に
対向させるように設置することで、半導体チップおよび
キャリア基板からなる半導体パッケージの熱応力による
反りを相殺でき、半導体パッケージの半田接続信頼性を
高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体パッケージ
の実装構造に関し、特に、半導体パッケージにおける半
田接続の信頼性を向上させる実装構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のコンピュータ装置においては、L
SIなどの半導体チップが搭載された配線基板に半田ボ
ールを取り付けてパッケージを形成し、それをさらに配
線基板へと接続して構成さてれている。
【0003】たとえば、U.S.Patent No 4,825,284で実
施されている例を以下に説明する。図4を参照すると、
従来の半導体パッケージでは、半導体チップ21が半田
ボール22の溶着によってキャリア基板24に接続され
ており、半導体チップ21とキャリア基板24との間の
ギャップには樹脂23が注入されている構造となってい
る。ここで、樹脂23は、半導体チップ21とキャリア
基板24との熱膨張ミスマッチによる熱応力を緩和する
ために注入されている。
【0004】また、図5を参照すると、従来の他の半導
体パッケージでは、半導体チップ21およびキャリア基
板24で構成される半導体パッケージ27における熱応
力による反りを緩和するために、半導体チップ21の裏
面にキャリア基板24と同様の材質を用いた基板28を
設置するものもある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一般に半導体パッケー
ジは、自身のON/OFF動作によって発生する熱によ
り半導体チップ21とキャリア基板24とがそれぞれ膨
張収縮を繰り返すことになる。しかしながら、半導体チ
ップ21の熱膨張係数が3.5ppmであるのに対し、
キャリア基板24の熱膨張係数はプリント板の場合で1
6ppmである。したがって、従来の半導体パッケージ
27では、半導体チップ21とキャリア基板24との熱
膨張係数の差によって膨張収縮を繰り返す度にパッケー
ジ27全体に応力がかかり反りが発生してしまう。
【0006】この反りによる応力は、半田ボール25に
対してキャリア基板24と垂直な方向に繰り返しかかる
こととなり、やがては半田ボール25がキャリア基板2
4から剥がれてしまう。半田ボール25がキャリア基板
24から剥離すると、半導体パッケージ27と配線基板
26との電気的な接続が無くなり、半導体チップ21へ
の電源供給あるいは信号伝達が断絶してしまう。このよ
うに、従来の半導体パッケージでは、繰り返し発生する
応力によって半導体パッケージの接続信頼性が著しく低
下するという問題を有していた。
【0007】また、従来の他の半導体パッケージのよう
に、半導体チップ21の裏面にキャリア基板24と同じ
材質の基板を設けた場合では、基板28の熱膨張による
反りが半導体パッケージ全体に発生する反りに対して相
殺する方向に働くとは必ずしも限らず、また、半導体パ
ッケージの反りを相殺するだけの応力を持ち合わせずに
反りを十分に低減できない場合もあるという問題があっ
た。
【0008】本発明の目的は、半導体パッケージ全体の
反りを着実に抑えることにより半田ボールにかかる応力
を抑制し、信頼性の高い半導体パッケージの実装構造を
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、回路面に半田ボールを有する半導体チッ
プを内部に電気配線を有するキャリア基板に搭載してな
る半導体パッケージの実装構造において、前記半導体チ
ップの回路面の形成されていない面に熱膨張係数の相異
なる基板を複数重ねて張り合わせた基板が具備されてな
る。
【0010】また、前記熱膨張係数の異なる基板を重ね
て張り合わせた基板は、その熱膨張係数の低い側が前記
半導体チップの回路面の形成されていない面に対向する
ように具備されてなる。
【0011】もしくは、前記熱膨張係数の異なる基板を
重ねて張り合わせた基板は、それぞれ異なる熱膨張係数
を有する2枚の基板が張り合わされ、前記2枚の基板の
うち熱膨張係数の低い方の基板が、前記半導体チップの
回路面の形成されていない面と対向するように具備され
てなる。
【0012】または、本発明の半導体パッケージの実装
構造は、回路面に半田ボールを有する半導体チップを内
部に電気配線を有するキャリア基板に搭載してなる半導
体パッケージにおいて、熱応力により所定の方向に膨張
する基板を、該膨張する方向が熱応力によって前記半導
体パッケージが膨張する方向とは逆方向となるように、
前記半導体チップの前記キャリア基板に搭載される面と
は異なる面に具備してなる。
【0013】さらに、前記熱応力により所定の方向に膨
張する基板は、熱膨張係数の異なる基板が張り合わされ
てなる。
【0014】または、本発明の半導体パッケージの実装
構造は、半導体チップと該半導体チップを搭載するキャ
リア基板と、熱膨張係数の異なる基板が張り合わされて
なるバイメタル基板とを有し、前記バイメタル基板は、
熱膨張係数の低い面を前記半導体チップの前記キャリア
基板に搭載される面とは異なる面に対向するように前記
半導体チップに搭載されてなる。
【0015】
【発明の実施の形態】次に本発明の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詳細に説明する。
【0016】図1を参照すると、本発明の半導体パッケ
ージは、半導体チップ1、キャリア基板2、基板15を
有してなる。
【0017】基板15は、熱膨張係数の低い低熱膨張基
板3および熱膨張係数の高い高熱膨張基板4が張り合わ
されてなるバイメタルで構成されている。
【0018】半導体チップ1の回路面には信号の入出力
や電源の供給を行う接続パッド5が設けられており、さ
らに該接続パッド5の各々には半田ボール6が取り付け
られている。半田ボール3の組成としては、Sn/Pb
合金や、Sn/Bi/Ag合金、Sn/Ag合金、Sn
/Ag/Cu合金等が使用される。
【0019】一方、キャリア基板2は、Cuなどの電気
伝導体で形成された内部配線7を有し、その表面には接
続パッド8が具備されている。この接続パッド8はそれ
ぞれ内部配線7によって、キャリア基板2内部に設けら
れた電源層や配線基板11との接続に用いられる接続パ
ッド9と電気的に接続される。接続パッド9の各々に
は、半田ボール10が取り付けられる。該半田ボール1
0の組成としては、Sn/Pb合金や、Sn/Bi/A
g合金、Sn/Ag合金、Sn/Ag/Cu合金等が使
用される。
【0020】また、Cuなどの電気伝導体で形成された
内部配線12を有する配線基板11の表面には接続パッ
ド13が具備されており、接続パッド13はそれぞれ内
部配線12によって、配線基板11内部に設けられた電
源層や他の部品と電気的な接続が行われる。
【0021】このような構造によって、キャリア基板2
および配線基板11から半導体チップ1へ電源供給が行
われ、また、半導体チップ1との電気信号のインプット
/アウトプットがキャリア基板2の内部配線7および配
線基板11の内部配線12を介して行われる。
【0022】半導体チップ1とキャリア基板2との接合
点は樹脂14によって封止され、熱膨張によって発生す
る応力が吸収される。
【0023】半導体チップ1の回路面と反対の面には、
熱膨張係数の低い低熱膨張基板3と熱膨張係数の高い高
熱膨張基板4とが組み合わされ接続されたバイメタル基
板15が、低熱膨張基板3側を半導体チップ1と接する
ようにして取り付けられる。
【0024】高熱膨張基板4と低熱膨張基板3の組み合
わせとしては、それぞれ、FR5とアルミナや、銅と鉄
の組み合わせ等が考えられる。これらの組み合わせは一
例に過ぎず、熱膨張係数の異なるものであれば利用可能
であり、これらに限定される必要はない。
【0025】図2は、低熱膨張基板3と高熱膨張基板4
とを張り合わせた基板15と、それ以外の半導体チップ
1およびキャリア基板2で構成される半導体パッケージ
16をそれぞれ冷却したときの反りの方向を示したもの
である。
【0026】低熱膨張基板3と高熱膨張基板4とを張り
合わせた基板15では、高熱膨張基板4の熱膨張係数が
低熱膨張基板3の熱膨張係数よりも大きいため、冷却に
よって高熱膨張基板4が低熱膨張基板3に比べて大きく
収縮する。その結果、基板20は高熱膨張基板4側へと
反ることになる。これに対して、半導体パッケージ16
では、半導体チップ1の熱膨張係数がキャリア基板2に
対して小さいため、冷却によって半導体パッケージ16
はキャリア基板2側へと反ることになる。従って、基板
15を半導体パッケージ16に張り合わせた場合、反り
の方向がそれぞれ逆方向となって打ち消し合い、反りが
相殺されて半導体パッケージの反りが抑制されることに
なる。
【0027】以上の説明においては、基板15を2枚の
異なる熱膨張係数を有する基板を張り合わせて構成され
るものとして説明を行ったが、それぞれが異なる熱膨張
係数を有する基板を複数用いて張り合わせる構成しても
よい。
【0028】図3は、低熱膨張基板3と高熱膨張基板4
とを張り合わせた基板15と、それ以外の部分である半
導体パッケージ16をそれぞれ加熱したときの反りの方
向を示したものである。
【0029】低熱膨張基板3と高熱膨張基板4とを張り
合わせた基板15では、加熱されると高熱膨張基板4が
低熱膨張基板3に比べ大きく膨張するため、低熱膨張基
板3側に引きつけられて低熱膨張基板3へ反ることとな
る。これに対して、半導体パッケージ16は、半導体チ
ップ1の熱膨張係数がキャリア基板2に対して小さいた
め、半導体チップ1側へ反ることになる。従って、これ
ら基板15および半導体パッケージ16を張り合わせた
場合、反りの方向がそれぞれ逆方向となり反りが相殺さ
れるため半導体パッケージ16の反りが抑制されること
となる。
【0030】このように、本発明の実施の形態によれ
ば、半導体チップ1とキャリア基板2との熱膨張係数の
違いによって半導体パッケージ16全体に発生する反り
を大幅に低減でき、電気的な接続不良の発生を防止する
ことができる。また、低熱膨張基板3と高熱膨張基板4
との組み合わせを変更することで、半導体パッケージ1
6に発生する反りの度合いに応じた基板15を用意する
ことが可能である。さらには、低熱膨張基板3および高
熱膨張基板4に伝熱性に優れた材質を用いることによっ
て、半導体チップ1が発生する熱を効率よく逃すことも
可能となる。
【0031】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よると、第1の効果は、熱応力によるパッケージ全体の
反りを緩和させ、半田の破壊を防止して半田接続の信頼
性を向上させることができる。第2の効果は、低熱膨張
基板と高熱膨張基板との組み合わせにより半導体パッケ
ージの反りに応じた反りを発生する基板を容易に作成で
きるため、半導体パッケージの反りを的確に相殺できる
点にある。また、第3の効果は、基板はバイメタルで構
成されるため伝熱性に優れており、半導体チップの放熱
を容易にするという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体パッケージの実施の形態の構成
を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態における冷却時の様子を表
す図である。
【図3】本発明の実施の形態における加熱時の様子を表
す図である。
【図4】従来の半導体パッケージの構成を示す図であ
る。
【図5】従来の他の半導体パッケージの構成を示す図で
ある。
【符号の説明】
1,21 半導体チップ 2,24 キャリア基板 3 低熱膨張基板 4 高熱膨張基板 5,8,9,13 接続パッド 6,10,25 半田ボール 7,12 内部配線 11,26 配線基板 14,23 樹脂 15 基板 16,27 半導体パッケージ 28 基板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路面に半田ボールを有する半導体チッ
    プを内部に電気配線を有するキャリア基板に搭載してな
    る半導体パッケージの実装構造において、 前記半導体チップの回路面の形成されていない面に熱膨
    張係数の相異なる基板を複数重ねて張り合わせた基板が
    具備されてなることを特徴とする半導体パッケージの実
    装構造。
  2. 【請求項2】 前記熱膨張係数の異なる基板を重ねて張
    り合わせた基板は、その熱膨張係数の低い側が前記半導
    体チップの回路面の形成されていない面に対向するよう
    に具備されてなることを特徴とする請求項1記載の半導
    体パッケージの実装構造。
  3. 【請求項3】 前記熱膨張係数の異なる基板を重ねて張
    り合わせた基板は、それぞれ異なる熱膨張係数を有する
    2枚の基板が張り合わされ、 前記2枚の基板のうち熱膨張係数の低い方の基板が、前
    記半導体チップの回路面の形成されていない面と対向す
    るように具備されてなることを特徴とする請求項1記載
    の半導体パッケージの実装構造。
  4. 【請求項4】 回路面に半田ボールを有する半導体チッ
    プを内部に電気配線を有するキャリア基板に搭載してな
    る半導体パッケージの実装構造において、 熱応力により所定の方向に膨張する基板を、該膨張する
    方向が熱応力によって前記半導体パッケージが膨張する
    方向とは逆方向となるように、前記半導体チップの前記
    キャリア基板に搭載される面とは異なる面に具備してな
    ることを特徴とする半導体パッケージの実装構造。
  5. 【請求項5】 前記熱応力により所定の方向に膨張する
    基板は、熱膨張係数の異なる基板が張り合わされてなる
    ことを特徴とする請求項3記載の半導体パッケージの実
    装構造。
  6. 【請求項6】 半導体チップと該半導体チップを搭載す
    るキャリア基板と、熱膨張係数の異なる基板が張り合わ
    されてなるバイメタル基板とを有し、 前記バイメタル基板は、熱膨張係数の低い面を前記半導
    体チップの前記キャリア基板に搭載される面とは異なる
    面に対向するように前記半導体チップに搭載されてなる
    ことを特徴とする半導体パッケージの実装構造。
JP2002058560A 2002-03-05 2002-03-05 半導体パッケージの実装構造 Pending JP2003258153A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002058560A JP2003258153A (ja) 2002-03-05 2002-03-05 半導体パッケージの実装構造

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002058560A JP2003258153A (ja) 2002-03-05 2002-03-05 半導体パッケージの実装構造

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003258153A true JP2003258153A (ja) 2003-09-12

Family

ID=28668500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002058560A Pending JP2003258153A (ja) 2002-03-05 2002-03-05 半導体パッケージの実装構造

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003258153A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006087769A1 (ja) * 2005-02-15 2006-08-24 Fujitsu Limited パッケージ実装モジュールおよびパッケージ基板モジュール
JP2010192545A (ja) * 2009-02-16 2010-09-02 Ngk Spark Plug Co Ltd 補強材付き配線基板の製造方法、補強材付き配線基板用の配線基板
WO2011042982A1 (ja) * 2009-10-09 2011-04-14 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の製造方法
US9899337B2 (en) 2015-08-13 2018-02-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor package and manufacturing method thereof
CN113628981A (zh) * 2020-05-08 2021-11-09 力成科技股份有限公司 半导体封装方法及其结构

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006087769A1 (ja) * 2005-02-15 2006-08-24 Fujitsu Limited パッケージ実装モジュールおよびパッケージ基板モジュール
JPWO2006087769A1 (ja) * 2005-02-15 2008-07-03 富士通株式会社 パッケージ実装モジュールおよびパッケージ基板モジュール
JP4500348B2 (ja) * 2005-02-15 2010-07-14 富士通株式会社 パッケージ実装モジュールおよびパッケージ基板モジュール
US7919856B2 (en) 2005-02-15 2011-04-05 Fujitsu Limited Package mounted module and package board module
JP2010192545A (ja) * 2009-02-16 2010-09-02 Ngk Spark Plug Co Ltd 補強材付き配線基板の製造方法、補強材付き配線基板用の配線基板
WO2011042982A1 (ja) * 2009-10-09 2011-04-14 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の製造方法
CN102576682A (zh) * 2009-10-09 2012-07-11 丰田自动车株式会社 半导体装置的制造方法
US8609465B2 (en) 2009-10-09 2013-12-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device manufacturing method
JP5387685B2 (ja) * 2009-10-09 2014-01-15 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の製造方法
CN102576682B (zh) * 2009-10-09 2015-01-07 丰田自动车株式会社 半导体装置的制造方法
US9899337B2 (en) 2015-08-13 2018-02-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor package and manufacturing method thereof
CN113628981A (zh) * 2020-05-08 2021-11-09 力成科技股份有限公司 半导体封装方法及其结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0774282A (ja) 半導体装置
JP2009043851A (ja) 半導体パッケージ
JP2007109790A (ja) フリップチップ型半導体装置
JP2001168131A (ja) 薄型相互接続構造
JP2003347354A (ja) 半導体装置の製造方法及び半導体装置及び半導体装置ユニット
JP2007266150A (ja) 熱伝導性接合材、半導体パッケージ、ヒートスプレッダ、半導体チップ、及び半導体チップとヒートスプレッダとを接合する接合方法
JP2003258153A (ja) 半導体パッケージの実装構造
JP4919689B2 (ja) モジュール基板
JP2803603B2 (ja) マルチチップパッケージ構造
JPH11265967A (ja) Lsi実装基板の構造及びその製造方法
JP2000323610A (ja) フィルムキャリア型半導体装置
JP2006278771A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPH09213847A (ja) 半導体集積回路装置及びこの製造方法並びにそれを用いた電子装置
JP2005051143A (ja) スタックメモリ及びその製造方法
JP2001094228A (ja) 半導体装置の実装構造
JP2002151634A (ja) 基板放熱装置
JP2006135202A (ja) 電子機器の放熱構造
JP5268994B2 (ja) 半導体モジュールとその製造方法
JPH11121525A (ja) 半導体装置
JP4667723B2 (ja) パワーモジュール用基板
JP3603725B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法並びに回路基板
JP2011119619A (ja) 半導体パッケージ
US6486002B1 (en) Tape design to reduce warpage
JP2009076812A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2521624Y2 (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Effective date: 20041109

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

RD01 Notification of change of attorney

Effective date: 20050323

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050726

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050920

A02 Decision of refusal

Effective date: 20051108

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

A521 Written amendment

Effective date: 20051206

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Effective date: 20051212

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20060106

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20070119