JP2004055825A - Mounting structure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve high reliability in electrical connection between a semiconductor chip and a build-up wiring board and also to achieve a high reliability in electrical connection between the build-up wiring board and a mother board, in a mounting structure wherein the mother board, the build-up wiring board, and the semiconductor chip are stacked in layers. <P>SOLUTION: The mounting structure X1 comprises the mother board 30 having electrode sections 31; buffer section 40 which have conductive connection sections 42 electrically connected to the electrode sections 31, and which is mounted on the mother board 30; build-up wiring board 20 which has, on a first plane, a first electrode section 22d in contact with the conductive connection sections 42, and has a second electrode section 22e on a second plane on the opposite side from the first plane, and which is mounted on the mother board 30 via the buffer section 40; and semiconductor chip 10 which is mounted on the build-up wiring board 20 via bump sections 11 electrically connected to the second electrode section 22e. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビルドアップ配線基板とこれにフリップチップ実装されている半導体チップとを備える半導体装置がマザー基板に実装されてなる実装構造体に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器に対する高性能化および小型化などの要求に伴い、電子機器に組み込まれる電子部品の高密度実装化が急速に進んでいる。そのような高密度実装化に対応すべく、CPUなどの半導体チップについてはベアチップの状態で面実装するとともに、当該半導体チップを実装するための基板については、配線が多層化されたビルドアップ配線基板が採用される場合が多い。このような実装構造を有する半導体パッケージないし半導体装置は、所定の電子回路の一部を構成すべく、更にマザー基板に実装される。
【0003】
ビルドアップ配線基板は、一般に、コア基板と、その両面に形成されるビルドアップ部とを有する。ビルドアップ部では、複数積層されたビルドアップ絶縁層の間に配線パターンが埋め込まれており、各配線パターン間は、絶縁層に開けられたビアホールに形成されるビアによって、電気的に接続されている。
【0004】
ビルドアップ配線基板の製造においては、ビルドアップ絶縁層の形成と当該絶縁層上での配線パターンの形成とが順次繰り返されて、配線が多層化される。具体的には、まず、既に配線がパターン形成されているコア基板やビルドアップ絶縁層に対して、その配線パターンの上方からビルドアップ絶縁層を積層形成する。次に、当該絶縁層に対してビアホールを形成する。ビアホールの形成手法としては、絶縁層材料として感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィにより絶縁層に穴を形成する方法や、レーザを照射することによって絶縁層に穴を形成する方法などが採用される。絶縁層にビアホールを形成した後、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法により、絶縁層上に配線パターンを形成する。このとき、配線パターンとともに、導体材料によりビアホールにはビアが形成される。このようにして絶縁層上において配線パターンを形成した後、絶縁層の積層形成から配線パターン形成までの一連の工程を所定回数繰り返すことによって、配線の多層化を図ることができる。
【0005】
ビルドアップ配線基板では、ビルドアップ部において、微細な配線パターンを高密度で形成することができるので、外部接続用の電極部を、ビルドアップ部表面にて微細なピッチで設けることが可能である。したがって、ビルドアップ配線基板に対しては、例えば、外部接続用の複数のボール電極が微細なピッチでグリッドアレイ状に設けられている半導体チップを、ベアチップの状態で面実装することが可能なのである。
【0006】
ビルドアップ配線基板に対する半導体チップの面実装すなわちフリップチップ実装においては、ビルドアップ配線基板および半導体チップの熱膨張率の差に起因して、接続信頼性が低い場合が多い。一般的な半導体材料による半導体チップにおける平面広がり方向の熱膨張率は3〜3.5ppm/Kであり、コア基板としてガラスエポキシ基板を採用する一般的なビルドアップ配線基板における平面広がり方向の熱膨張率は15〜20ppm/Kであり、両者の熱膨張率の差は比較的大きい。そのため、環境温度の変化により、半導体チップとビルドアップ配線基板との間における電気的接続部には応力が発生し易く、従って、半導体チップおよびビルドアップ配線基板の電気的接続については、信頼性が低い傾向にあるのである。
【0007】
接続信頼性を向上するための手段の一つとして、ビルドアップ配線基板のコア基板について、従来のガラスエポキシ基板に代えて、炭素繊維シートに樹脂材料を含浸させてなる基板を採用する技術が知られている。炭素繊維シートを含むコア基板の熱膨張率は、従来より一般的に使用されているコア基板のそれよりも小さいので、当該コア基板を備えるビルドアップ配線基板の熱膨張率は、半導体チップの熱膨張率に、より接近した値を示す。したがって、炭素繊維シートを含むコア基板を採用するビルドアップ配線基板を使用することにより、ビルドアップ配線基板に対する半導体チップのフリップチップ実装における接続信頼性を向上することができる。炭素繊維シートに樹脂材料を含浸させてなるコア基板を備える配線基板は、例えば、特開平11−40902号公報や特開2001−332828号公報に開示されている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
ビルドアップ配線基板とこれにフリップチップ実装されている半導体チップとによる半導体パッケージないし半導体装置は、上述のように、マザー基板に実装される。電子部品の高密度実装化の観点より、当該半導体パッケージは、グリッドアレイ状に配列する複数のハンダボール電極が設けられて当該ハンダボール電極を介してマザー基板に面実装される場合がある。
【0009】
しかしながら、炭素繊維シート含有コア基板を備えるビルドアップ配線基板における平面広がり方向の熱膨張率は、一般的なマザー基板のそれよりも小さい。一般的なマザー基板における平面広がり方向の熱膨張率は15〜18ppm/Kであり、コア基板としてガラスエポキシ基板を採用する一般的なビルドアップ配線基板における平面広がり方向の熱膨張率と同程度である。そのため、炭素繊維シート含有コア基板を備えて従来よりも小さな熱膨張率を有するビルドアップ配線基板を、それに設けられた複数のハンダボール電極を介してマザー基板に面実装すると、両者の間には熱膨張率について有意な差が存在するため、環境温度の変化により、ビルドアップ配線基板とマザー基板との間における電気的接続部には比較的大きな応力が発生し易くなる。すなわち、炭素繊維シート含有コア基板を備えるビルドアップ配線基板を使用する場合、ガラスエポキシコア基板を備える一般的なビルドアップ配線基板を使用する場合よりも、半導体パッケージ実装における接続信頼性が低下してしまうのである。
【0010】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、ビルドアップ配線基板とこれにフリップチップ実装されている半導体チップとを備える半導体パッケージないし半導体装置がマザー基板に実装されてなる実装構造体において、半導体チップおよびビルドアップ配線基板の電気的接続について高い信頼性を達成するとともに、ビルドアップ配線基板およびマザー基板の電気的接続についても高い信頼性を達成することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の側面によると実装構造体が提供される。この実装構造体は、電極部を有するマザー基板と、電極部と電気的に接続している導電連絡部を有し、マザー基板の上に搭載されているバッファー部と、導電連絡部と接する第1電極部を第1面に有するとともに当該第1面と反対の第2面に第2電極部を有し、バッファー部を介してマザー基板に実装されているビルドアップ配線基板と、第2電極部と電気的に接続しているバンプ部を介してビルドアップ配線基板に実装されている半導体チップとを備えることを特徴とする。
【0012】
このような構成によると、ビルドアップ配線基板およびマザー基板の電気的接続について高い信頼性を達成することができる。本発明の第1の側面に係る実装構造体においては、ビルドアップ配線基板は、マザー基板に搭載されたバッファー部の導電連絡部を介して、マザー基板に対して電気的に接続されている。ビルドアップ配線基板の第1電極部は、マザー基板の電極部に電気的に接続している導電連絡部に対して接合されていない。第1電極部は、導電連絡部とは電気的に接続するように接触しているのである。したがって、ビルドアップ配線基板およびマザー基板の平面広がり方向における熱膨張率の差が比較的大きい場合であっても、ビルドアップ配線基板の第1電極部とバッファー部の導電連絡部との間には、環境温度が変化しても、応力が発生しないか、或は、充分小さな応力しか発生しない。その結果、ビルドアップ配線基板およびマザー基板の電気的接続については、ビルドアップ配線基板およびマザー基板の熱膨張率の差が比較的大きい場合であっても、応力の発生に起因する接続信頼性の低下は解消ないし充分に軽減されるのである。
【0013】
また、本発明の第1の側面に係る実装構造体によると、半導体チップおよびビルドアップ配線基板の電気的接続についても高い信頼性を達成することができる。ビルドアップ配線基板およびマザー基板の電気的接続に関しては、上述のように、両者の熱膨張率の差が比較的大きい場合であっても、良好な接続信頼性を達成することが可能である。そのため、ビルドアップ配線基板としては、半導体チップの熱膨張率に近い熱膨張率を有するものを使用することができる。所定の半導体チップを、その熱膨張率に近い熱膨張率を有するビルドアップ配線基板に対して面実装することにより、両者の熱膨張率の差に起因する接続信頼性の低下を解消ないし充分に軽減することが可能である。
【0014】
このように、本発明の第1の側面に係る実装構造体によると、半導体チップおよびビルドアップ配線基板の電気的接続について高い信頼性を達成するとともに、ビルドアップ配線基板およびマザー基板の電気的接続についても高い信頼性を達成することができるのである。
【0015】
本発明の第2の側面によると別の実装構造体が提供される。この実装構造体は、電極部を有するマザー基板と、電極部と電気的に接続している導電連絡部を有するバッファー部を備えてマザー基板の上に搭載されているソケット本体と、ソケット本体を介してマザー基板に実装されている半導体装置と、半導体装置をソケット本体に対して押圧するソケット蓋体とを備え、半導体装置は、導電連絡部と接する第1電極部を第1面に有するとともに当該第1面と反対の第2面に第2電極部を有するビルドアップ配線基板、および、第2電極部と電気的に接続しているバンプ部を介してビルドアップ配線基板に実装されている半導体チップを含むことを特徴とする。
【0016】
本発明の第2の側面に係る実装構造体は、第1の側面に係る実装構造体の構成を含む。したがって、本発明の第2の側面によっても、第1の側面に関して上述したのと同様の効果が奏される。
【0017】
好ましくは、ビルドアップ配線基板および半導体チップの平面広がり方向における熱膨張率の差は1.5〜7ppm/Kであり、マザー基板およびビルドアップ配線基板の平面広がり方向における熱膨張率の差は5〜13ppm/Kである。或は、好ましくは、半導体チップ、ビルドアップ配線基板、および、マザー基板の平面広がり方向における熱膨張率は、各々、3〜3.5ppm/K、5〜10ppm/K、および、15〜18ppm/Kである。熱膨張率に関するこのような構成は、ビルドアップ配線基板とこれにフリップチップ実装されている半導体チップとを備える半導体装置がマザー基板に実装されてなる実装構造体において、半導体チップおよびビルドアップ配線基板の電気的接続について高い信頼性を達成するとともに、ビルドアップ配線基板およびマザー基板の電気的接続についても高い信頼性を達成するうえで好ましい傾向にある。
【0018】
好ましくは、バンプ部は、ビルドアップ配線基板と半導体チップとの間においてグリッドアレイ状に設けられた複数のボール電極である。このようなボールグリッドアレイ構造は、多ピン化された半導体チップを、微細配線が形成されているビルドアップ配線基板に実装するうえで好適である。
【0019】
好ましくは、ビルドアップ配線基板と半導体チップとの間には、アンダーフィル材が介在している。このような構成によると、ビルドアップ配線基板と半導体チップの間の電気的接続部に生ずる応力の一部はアンダーフィル材により吸収され、その結果、ビルドアップ配線基板および半導体チップの間における接続信頼性の低下は抑制される。
【0020】
好ましくは、ビルドアップ配線基板はコア基板を有し、当該コア基板には、直径10μm以下のカーボンファイバを束ねたカーボンファイバ糸から織られた複数のカーボンファイバ布が100μm以下の間隔で厚み方向に離隔して埋設されており、且つ、厚み方向に貫通して表面に絶縁膜が形成されているスルーホールにおいてスルーホールビアが設けられている。直径10μm以下のカーボンファイバを束ねたカーボンファイバ糸から織られた複数のカーボンファイバ布が100μm以下の間隔で厚み方向に離隔して埋設されているコア基板を備えるビルドアップ配線基板は、5〜10ppm/Kの熱膨張率を示し得る。すなわち、このような構成のコア基板は、半導体チップとビルドアップ配線基板の熱膨張率の差を低減するうえで好適である。また、本構成のようなカーボンファイバ布は、基板を厚み方向に貫通するスルーホールの形成の際に、使用されるドリルに対する障害の程度が比較的低く、従って、ドリルの破損頻度を低減することができる。加えて、スルーホール表面に設けられている絶縁膜により、カーボンファイバ布とスルーホールビアとの電気的絶縁状態が確保される。
【0021】
好ましくは、バッファー部は、導電連絡部を保持するフレキシブル基板を有し、導電連絡部は、当該フレキシブル基板の両面に臨んでいる。マザー基板の電極部とビルドアップ配線基板の第1電極部との電気的接続を達成する導電連絡部がフレキシブル基板に保持されていると、例えば、マザー基板の電極部と導電連絡部がハンダリフローなどを経て接合されている場合において、当該電極部および導電連絡部の間に生じ得る応力の一部は、比較的軟質なフレキシブル基板によって吸収される。
【0022】
好ましくは、第1電極部は、第1面にてグリッドアレイ状に設けられた複数のランド電極である。このようなランドグリッドアレイ(LGA)構造においては、ビルドアップ配線基板の第1電極部とバッファー部の導電連絡部とが有意な面積で面接触し易いため、第1電極部と導電連絡部とを電気的に接続するうえで好適である。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施形態に係る実装構造体X1の分解斜視図である。図2は、図1の線II−IIに沿った実装構造体X1の部分断面図であり、図3は、図2の部分拡大図である。実装構造体X1は、半導体チップ10と、ビルドアップ配線基板20と、マザー基板30と、ビルドアップ配線基板20およびマザー基板30の間に介在するバッファー部40とを含む。
【0024】
半導体チップ10は、図2に示すように、複数のボール電極11を介してビルドアップ配線基板20に実装されている。半導体チップ10は、その主要部分がシリコンなどの一般的な半導体素子材料より構成されており、熱膨張率3〜3.5ppm/Kを示す。図の簡潔化の観点より、図2においては半導体チップ10の内部構造を省略する。複数のボール電極11は、半導体チップ10の片面にてグリッドアレイ状に配列し、ボールグリッドアレイを構成している。ボール電極11は、金、または、所定の組成のハンダよりなる。
【0025】
ビルドアップ配線基板20は、コア基板21およびビルドアップ部22よりなる。コア基板21は、基材としてのカーボンファイバ布(図示略)に樹脂材料を含浸させてなる複数のプリプレグ21’を積層したものであり、本実施形態においては、コア基板21は5枚のプリプレグ21’よりなる。コア基板21の両面には、内層パターン21aが形成されており、内層パターン間は、コア基板21を貫通するスルーホールビア21bにより電気的に接続されている。スルーホールビア21bは、表面に絶縁膜21cが形成されたスルーホール21dに設けられている。
【0026】
コア基板21ないしプリプレグ21’を構成するための樹脂材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、フッ素含有樹脂などが挙げられる。当該樹脂材料にガラス転位温度が存在する場合には、その温度は、例えば150℃以上の高温であるのが望ましい。当該樹脂材料は、コア基板21の製造時における例えば150℃以上の加熱、および、半導体チップ10の搭載時における例えば200℃以上の加熱によって、軟化可能であれば、より高温のガラス転位温度を有するのがよい。コア基板を構成する樹脂材料のガラス転位温度が高いほど、実装構造体X1が有効に機能する温度領域が高温側に拡大する場合が多い。
【0027】
カーボンファイバ布とは、カーボンファイバを束ねたカーボンファイバ糸が織り込まれたものである。本実施形態においては、1枚のプリプレグ21’に含まれる1枚のカーボンファイバ布は、断面直径10μm以下のカーボンファイバを平均本数200本以上で束ねたカーボンファイバ糸により平織りされたものである。このようなカーボンファイバ布は、コア基板21において、100μm以下の間隔で基板厚み方向に離隔して配置している。コア基板21におけるカーボンファイバの体積占有率は、好ましくは、40〜90%である。本実施形態に係るビルドアップ配線基板20は、このような構成でカーボンファイバ布を含有するコア基板21を備え、熱膨張率5〜10ppm/Kを示すように構成されている。
【0028】
ビルドアップ部22は、ビルドアップ絶縁層22aと、配線パターン22bと、ビア22cと、ランド電極22d,22eとを含む。具体的には、ビルドアップ部22においては、複数積層されたビルドアップ絶縁層22aの間に配線パターン22bが埋め込まれており、各配線パターン間は、ビルドアップ絶縁層22aに開けられたビアホールに設けられるビア22cによって、電気的に接続されている。ランド電極22d,22eは、外部接続用の端子であって、ビルドアップ部22の表面に設けられている。図の簡潔化の観点より、図2および図3においては、複数積層されたビルドアップ絶縁層22aが一体となった状態を表す。ビルドアップ絶縁層22aを構成する材料としては、一般的な熱硬化性樹脂を用いることができる。例えば、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などが挙げられる。ビルドアップ配線基板20の製造時および半導体チップ10の搭載時に高温となることを考慮すると、ビルドアップ絶縁層材料としては、コア基板21ないしプリプレグ21’を構成する樹脂材料に近似した熱特性を有する熱硬化性樹脂を採用するのが望ましい。また、ビルドアップ配線基板20の薄型化の観点より、ビルドアップ絶縁層22aの層厚は100μm以下が望ましい。
【0029】
ビルドアップ配線基板20の製造においては、まず、断面直径10μm以下のカーボンファイバを平均本数200本以上で束ねたカーボンファイバ糸により織り込まれたカーボンファイバ布に対して樹脂材料を含浸させ、プリプレグ21’を作製する。次に、複数のプリプレグ21’を積層し、加熱下において当該積層体を積層方向に加圧することにより、未加工のコア基板21を作製する。次に、ドリル穴明けにより、コア基板21を厚み方向に貫通する所定の開口径のスルーホール21dを所定数形成する。次に、例えば真空プレスにより、コア基板21の両面に対して、Bステージの状態にある熱硬化性樹脂材料をラミネートする。このとき、当該熱硬化性樹脂材料は、コア基板表面を被覆するとともにスルーホール21dに充填される。次に、スルーホール21dに充填された樹脂材料に対して、先のドリルよりも小径のドリルにより貫通孔を形成する。このようにして、コア基板表面に絶縁膜(図示略)が形成されるとともに、スルーホール表面に絶縁膜21cが形成される。続いて、デスミア処理を行なった後、コア基板表面およびスルーホール表面に対して無電解銅めっき膜を形成する。次に、コア基板表面に所定のパターン(内層パターン21aに対応)のドライフィルムレジストを形成し、これをマスクとしつつ、先に形成された無電解銅めっき膜を通電層として、電気銅めっき膜を形成する。このとき、スルーホール21dの表面にも電気銅めっき膜を成長させることにより、スルーホールビア21bを形成する。スルーホール21dには更に樹脂材料を充填する。ドライフィルムレジストを剥離した後、それまでドライフィルムレジストで被覆されていた無電解銅めっき膜をエッチング除去する。このようにして、内層パターン21aおよびスルーホールビア21bが形成されたコア基板21が作製される。
【0030】
ビルドアップ配線基板20の製造においては、続いて、ビルドアッププロセスにより、コア基板21の両面においてビルドアップ多層配線構造を形成する。ビルドアッププロセスにおいては、例えば、まず、内層パターン21aが形成されているコア基板21に対して、或は、配線パターン22bが形成されているビルドアップ絶縁層22aに対して、その配線パターンの上方から更にビルドアップ絶縁層22aを積層形成する。ビルドアップ絶縁層22aを形成するための樹脂材料は、シート状であってもよいし液状であってもよい。次に、積層されたビルドアップ絶縁層22aに対してビアホールを形成する。ビアホールの形成手法としては、絶縁層材料として感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィによりビルドアップ絶縁層22aに穴を形成する方法や、レーザを照射することによってビルドアップ絶縁層22aに穴を形成する方法などを採用することができる。ビルドアップ絶縁層22aにビアホールを形成した後、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法により、ビルドアップ絶縁層上に配線パターン22bを形成する。このとき、配線パターン22bとともに、導体材料によりビアホールにはビア22cが形成される。このようにしてビルドアップ絶縁層22aにおいて配線パターン22bおよびビア22cを形成した後、更なるビルドアップ絶縁層22aの積層形成から、配線パターン22bおよびビア22cの形成までの一連の工程を所定回数繰り返す。以上のようなビルドアッププロセスにより、コア基板21の両面にビルドアップ多層配線構造が形成される。
【0031】
ビルドアップ配線基板20の製造においては、続いて、スクリーン印刷およびフォトリソグラフィにより、上述のようにして形成されたビルドアップ多層配線構造の表面にオーバーコート層ないしソルダレジストを形成する。図2および図3においては、オーバーコート層は、ビルドアップ絶縁層22aと一体化して表されている。オーバーコート層には、ビルドアップ多層配線構造における最上位の配線パターン22bの一部が臨むように開口部を設ける。次に、当該開口部から臨む配線パターン上に、無電解ニッケル膜に続いて金めっき膜を形成することにより、外部端子との接続を図るためのランド電極22d,22eを形成する。図2における下位のビルドアップ部22に形成されるランド電極22dは、後述のバッファー部40の導電連絡部42に対応する位置に配置し、ランドグリッドアレイを構成している。また、図2における上位のビルドアップ部22に形成されるランド電極22eは、半導体チップ10のボール電極11に対応する位置にてグリッドアレイ状に配置し、ランドグリッドアレイを構成している。このようにして、コア基板21の両面にビルドアップ部22を備え、ランドグリッドアレイを構成するランド電極22d,22eを両面に有するビルドアップ配線基板20が作製される。このような構成のビルドアップ配線基板20に対して、上述の半導体チップ10は、ハンダリフローにより、ランド電極22eの側に接合されている。そして、半導体チップ10とビルドアップ配線基板20の間には、アンダーフィル材13が充填されている。
【0032】
マザー基板30は、表面に露出する電極部31を有する。図の簡潔化の観点より、図1においては電極部31を省略する。マザー基板30は、例えば一括積層法により作製された多層プリント配線基板であり、電極部31は、マザー基板30に形成される所定の配線(図示略)に対して電気的に接続している。例えば一括積層法により作製された多層プリント配線基板であるマザー基板30は、熱膨張率15〜18ppm/Kを示すように構成されている。電極部31は、ビルドアップ配線基板20における下位のビルドアップ部22に形成されたランド電極22dに対応する位置に配置している。
【0033】
バッファー部40は、ベース41、および、これに保持されている導電連絡部42を備える。導電連絡部42は、例えば銅などの導体材料よりなり、ベース41の所定箇所に設けられている開口部41aにて保持されている。図の簡潔化の観点より、図1においては、バッファー部40における開口部41aおよび導電連絡部42を省略する。ベース41は、本実施形態においてはリジッド基板であり、ガラス繊維などによる所定の基材に対して樹脂材料を含浸させたものである。そのような樹脂材料としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、BT樹脂が挙げられる。導電連絡部42は、図3によく表れているように、湾曲形状を有して開口部41aの壁面に当接する第1コンタクト部42aと、当該第1コンタクト部から延出する第2コンタクト部42bとからなり、図2および図3の紙面垂直方向に所定の幅を有する。第1コンタクト部42aは、ビルドアップ配線基板20のランド電極22dと接触し、第2コンタクト部42bは、マザー基板30の電極部31と接触する。導電連絡部42は、第1コンタクト部42aの湾曲形状が開く方向に作用する付勢力により、開口部41aに保持されている。また、例えば図1に示すような実装構造体X1の分解状態においては、第1コンタクト部42aおよび第2コンタクト部42bは、開口部41aから所定の長さ突き出ている。これに対し、図2および図3に示すような実装構造体X1の組立状態においては、第1コンタクト部42aは、ビルドアップ配線基板20のランド電極22dと当接して、図中下方に向かって開口部41aの内方に押圧された状態となる。また、第2コンタクト部42bは、マザー基板30の電極部31と当接して、図中上方に向かって開口部41aの内方に押圧された状態となる。押圧力が作用しつつ接触しているので、第1コンタクト部42aとランド電極22dの間、および、第2コンタクト部42bと電極部31の間において、良好な電気的接続が達成される。
【0034】
バッファー部40は、例えばランドグリッドアレイ型パッケージ用のソケットの一部に組み込まれている。ソケットは、図1に示すように、ソケット本体51と、ソケット蓋体52と、スティフナ53とを備える。ソケット本体51は、半導体チップ10およびビルドアップ配線基板20よりなる半導体パッケージないし半導体装置を収容するためのものであって、その底面位置にバッファー部40が組み込み形成されている。ソケット蓋体52は、ソケット本体51に収容される半導体パッケージをソケット本体51に対して押圧するための圧接部52aを有する。スティフナ53は、ソケットの搭載時においてマザー基板30を補強するための部材であって、マザー基板30における実装箇所30aの裏側に配設される。
【0035】
半導体チップ10およびビルドアップ配線基板20よりなる半導体パッケージをソケット本体51に収容しつつ、ソケット本体51、ソケット蓋体52、およびスティフナ53をネジ54によりネジ止めすることにより、ソケットはマザー基板30に固定されている。このようにして、半導体チップ10およびビルドアップ配線基板20よりなる半導体パッケージは、バッファー部40を介してマザー基板30に実装されている。
【0036】
実装構造体X1においては、ボールグリッドアレイを構成するボール電極11を介してビルドアップ配線基板20に実装されている半導体チップ10の熱膨張率は3〜3.5ppm/Kであり、ビルドアップ配線基板20の熱膨張率は5〜10ppm/Kである。すなわち、半導体チップ10およびビルドアップ配線基板20の平面広がり方向における熱膨張率の差は、1.5〜7ppm/Kである。このような熱膨張率の差は、従来の一般的な半導体チップ−ビルドアップ配線基板実装構造における熱膨張率の差(11.5〜17ppm程度)よりも小さい。したがって、実装構造体X1においては、半導体チップ10とビルドアップ配線基板20の間における、環境温度の変化による接続信頼性の低下を従来よりも低減することができる。
【0037】
また、実装構造体X1においては、ビルドアップ配線基板20の熱膨張率は上述のように5〜10ppm/Kであり、マザー基板30の熱膨張率は15〜18ppm/Kである。すなわち、ビルドアップ配線基板20およびマザー基板30の平面広がり方向における熱膨張率の差は、5〜13ppm/Kであり、比較的大きい。しかしながら、ビルドアップ配線基板20とマザー基板30の間には、両者の電気的接続を図りつつバッファー部40が介在している。ビルドアップ配線基板20のランド電極22dは、バッファー部40の導電連絡部42に対して接触しているのであって接合されていない。これとともに、マザー基板30の電極部31も、導電連絡部42に対して接触しているのであって接合されていない。そのため、実装構造体X1においては、環境温度の変化に従ってビルドアップ配線基板20、マザー基板30、およびバッファー部40が比較的大きな差で異なる程度に膨張する場合であっても、ランド電極22dおよび電極部31と、導電連絡部42とが適切な接触状態を維持することにより、ビルドアップ配線基板20およびマザー基板30の間において良好な接続信頼性を達成することができる。
【0038】
本実施形態においては、例えば導電性接着剤やハンダ材料などを介して、導電連絡部42の第2コンタクト部42bと電極部31とを接合していてもよいが、その場合、バッファー部40は、マザー基板30と同様に、熱膨張率15〜18ppm/Kを示すように構成される。バッファー部40およびマザー基板30の熱膨張率を近接させることにより、導電連絡部42の第2コンタクト部42bと電極部31とが接合した状態であっても、導電連絡部42と電極部31の接合部において不当な応力が発生しにくい。したがって、本実施形態において導電連絡部42と電極部31が接合されている場合であっても、ビルドアップ配線基板20およびマザー基板30の間において良好な接続信頼性を達成することが可能である。
【0039】
このように、実装構造体X1においては、半導体チップ10とビルドアップ配線基板20の間において良好な接続信頼性を達成するとともに、ビルドアップ配線基板20とマザー基板30の間において良好な接続信頼性を達成することが可能なのである。
【0040】
図4は、本発明の第2の実施形態に係る実装構造体X2を表し、実装構造体X1における図2の部分断面図に相当する箇所についての部分断面図である。図5は、図4の部分拡大図である。実装構造体X2は、バッファー部40の構成について、実装構造体X1と異なる。他の構成については、実装構造体X1と同様である。
【0041】
実装構造体X2のバッファー部40は、ベース41、および、これに保持されている導電連絡部42を備える。ベース41は、フレキシブル基板であり、例えば、可撓性を有するポリイミドフィルムやポリエステルフィルムよりなる。ベース41には、所定の部位に例えば円柱形の開口部が形成されている。導電連絡部42は、サブトラクティブ法やアディティブ法により、開口部を含む領域においてベース41に対してパターン形成されたものであって、開口部を通ってベース41を貫通してベース41の両面に臨んでいる。実装構造体X2の組立状態においては、導電連絡部42の一端は、ビルドアップ配線基板20のランド電極22dと当接し、他端は、マザー基板30の電極部31と当接している。
【0042】
実装構造体X2においては、実装構造体X1と同様に、半導体チップ10およびビルドアップ配線基板20の平面広がり方向における熱膨張率の差は、1.5〜7ppm/Kである。このような熱膨張率の差は、従来の一般的な半導体チップ−ビルドアップ配線基板実装構造における熱膨張率の差(11.5〜17ppm程度)よりも小さい。したがって、実装構造体X2においても、実装構造体X1と同様に、環境温度の変化による半導体チップ10とビルドアップ配線基板20の間における接続信頼性の低下を従来よりも低減することができる。
【0043】
また、実装構造体X2においては、実装構造体X1と同様に、ビルドアップ配線基板20およびマザー基板30の平面広がり方向における熱膨張率の差は、5〜13ppm/Kであり、比較的大きい。しかしながら、ビルドアップ配線基板20のランド電極22dは、バッファー部40の導電連絡部42に接触しているのであって接合されていない。これとともに、マザー基板30の電極部31も、導電連絡部42に接触しているのであって接合されていない。そのため、実装構造体X2においては、実装構造体X1と同様に、環境温度の変化に従ってビルドアップ配線基板20、マザー基板30、およびバッファー部40が比較的大きな差で異なる程度に膨張する場合であっても、ランド電極22dおよび電極部31と、導電連絡部42とが適切な接触状態を維持することにより、ビルドアップ配線基板20およびマザー基板30の間において良好な接続信頼性を達成することができる。
【0044】
本実施形態においては、例えば導電性接着剤やハンダ材料などを介して、導電連絡部42と電極部31とを接合していてもよい。この場合、フレキシブル基板であるベース41により導電連絡部42が保持されているので、当該電極部および導電連絡部の間に生じ得る応力の一部は、比較的軟質なベース41によって吸収される。したがって、本実施形態において導電連絡部42と電極部31とが接合されている場合であっても、ビルドアップ配線基板20およびマザー基板30の間において良好な接続信頼性を達成することができる。
【0045】
このように、実装構造体X2においても、実装構造体X1と同様に、半導体チップ10とビルドアップ配線基板20の間において良好な接続信頼性を達成するとともに、ビルドアップ配線基板20とマザー基板30の間において良好な接続信頼性を達成することが可能なのである。
【0046】
【実施例】
<実装構造体の作製>
カーボンファイバ布(商品名:TORAYCA、東レ製)にエポキシ樹脂を含浸させた後これを乾燥し、厚さ0.2mmのプリプレグを作製した。本実施例のカーボンファイバ布は、断面直径10μm以下のカーボンファイバを平均本数200本以上で束ねたカーボンファイバ糸を平織りしたものである。このようにして用意したプリプレグを4枚積層し、真空プレスにより、170℃で1時間、積層方向に加圧することによって、厚さ約0.8mmの未加工のコア基板を作製した。
【0047】
次に、このコア基板に対して内層パターンおよびスルーホールビアを形成した。具体的には、まず、コア基板の所定箇所に対して、ドリルにより、開口径0.5mmのスルーホールを形成した。脱脂処理および洗浄処理の後、コア基板の両面に対して、真空プレスにより、170℃で30分間、Bステージの状態にあるエポキシ樹脂シート(厚さ:0.07mm)をラミネートした。これにより、エポキシ樹脂は、コア基板表面を被覆するとともにスルーホールに充填された。次に、スルーホールに充填されたエポキシ樹脂に対して、先のドリルよりも小径のドリルにより、開口径0.2mmの貫通孔を形成した。これにより、スルーホール表面に絶縁膜が形成されたこととなる。次に、デスミア処理を行なった後、表面が絶縁被覆されているコア基板の当該表面に対して無電解銅めっき膜を形成した。このとき、表面が絶縁被覆されているスルーホールの当該表面にも無電解銅めっき膜を形成した。次に、コア基板表面に対して、ドライフィルムレジストを所定のパターンで形成し、これをマスクとしつつ、先に形成された無電解銅めっき膜を通電層として、電気銅めっき膜を形成した。このとき、スルーホールの表面にも電気銅めっき膜を形成した。ドライフィルムレジストを剥離した後、それまでドライフィルムレジストで被覆されていた無電解銅めっき膜をエッチング除去した。このようにして、コア基板に対して内層パターンおよびスルーホールビアを形成した。スルーホールビアの形成箇所および形成数は、内層パターンの引き回し態様に応じて決定される。本実施形態においては、コア基板の所定箇所に対して1000個のスルーホールビアを形成した。
【0048】
次に、コア基板の両面にビルドアップ部を形成した。具体的には、まず、内層パターンが形成されているコア基板に対して、ビルドアップ絶縁層を積層形成した。ビルドアップ絶縁層を形成するための樹脂材料としては、感光性樹脂(商品名:PVI−500、太陽インキ製)を使用した。次に、積層されたビルドアップ絶縁層の所定箇所に対して、フォトリソグラフィによりビアホールを形成した。次に、セミアディティブ法により、絶縁層上に銅配線パターンを形成した。このとき、ビアホール表面にも銅を堆積させることにより、銅配線パターンとともにビアも形成した。この後、ビルドアップ絶縁層の積層形成から、配線パターンおよびビアの形成までの一連の工程を4回繰り返すことにより、コア基板の両面において、5層配線構造のビルドアップ部を形成した。
【0049】
次に、スクリーン印刷およびフォトリソグラフィにより、ビルドアップ部の表面にオーバーコート層を形成した。オーバーコート層の所定箇所には、ビルドアップ部における最上位の配線パターンの一部が臨むように開口部を設けた。次に、当該開口部から臨む配線パターン上に、無電解ニッケル膜に続いて金めっき膜を形成することにより、外部端子との接続を図るためのランド電極を形成した。ビルドアップ配線基板の一方の面に形成されたランド電極は、後に搭載される半導体チップの電極配置に対応して配置しており、他方の面に形成されたランド電極は、当該ビルドアップ配線基板が搭載されることとなるソケットにおけるバッファー部の導電連絡部配置に対応して配置している。
【0050】
このようにして作製したビルドアップ配線基板の反り量を測定したところ、チップ搭載エリアの20mmスパンにおいて10μm以下であった。これに対し、本実施例のコア基板に代えて、同サイズの有機コア基板を使用した以外は上述のプロセスで作製したビルドアップ配線基板の反り量を測定したところ、チップ搭載エリアの20mmスパンにおいて約30μmであった。有機コア基板としては、コア基板がBTレジン基板であるものを使用した。このように、本実施例のビルドアップ配線基板は、有機コアを採用する従来のビルドアップ配線基板よりも反り量が小さかった。また、本実施例のビルドアップ配線基板の平面広がり方向における熱膨張率は7ppm/Kであった。
【0051】
このように反り量の小さな本実施例のビルドアップ配線基板の一方の面に対して、所定の半導体チップを、これに形成されたボールグリッドアレイを構成する複数のボール電極を介してフリップチップ実装した。当該半導体チップの平面広がり方向における熱膨張率は5ppm/Kである。次に、このようにして得られた半導体パッケージを、LGAパッケージ用ソケットを介して、熱膨張率15ppm/Kのマザー基板に実装した。LGAパッケージ用ソケットは、例えば図1および図2に示すように、半導体パッケージを収容するソケット本体と、半導体パッケージをソケット本体に対して押圧するソケット蓋体と、マザー基板を補強するスティフナとを備える。ソケット本体の底面は、導電連絡部を有するバッファー部により構成されている。導電連絡部は、上述の半導体パッケージにおけるビルドアップ配線基板のランド電極と当接しつつマザー基板の電極部と電気的に接続する位置に配設されている。ソケット蓋体は、ソケット本体に収容される半導体パッケージをソケット本体に付勢するための押圧部を有する。ソケット本体に半導体パッケージを収容しつつ、ソケット本体、ソケット蓋体、スティフナ、およびマザー基板を一括してネジ止めすることにより、本実施例の実装構造体を作製した。
【0052】
<温度サイクル試験>
本実施例の実装構造体について、温度サイクル試験により接続信頼性を調べた。具体的には、まず、実装構造体の半導体チップとビルドアップ配線基板の間の各電気的接続部、および、ビルドアップ配線基板とマザー基板の間の各電気的接続部について初期導通抵抗を測定した。次に、−65℃〜150℃の範囲で温度サイクル試験を行った後、各電気的接続部の導通抵抗を再び測定した。温度サイクル試験は、−65℃での15分間冷却、および、150℃での15分間加熱を1サイクルとし、このサイクルを1000回繰り返した。その結果、本実施例の実装構造体について、各電気的接続部における抵抗上昇率は10%未満であり、良好な接続部が形成されていることが確認された。また、半導体チップのボール電極とビルドアップ配線基板のランド電極との間には、クラックや剥がれは生じなかった。
【0053】
【比較例】
実施例と同一のビルドアップ配線基板と半導体チップとからなる半導体パッケージを、ソケットに代えて複数のハンダボールを介してマザー基板に実装した以外は、実施例と同様にして実装構造体を作製した。具体的には、本比較例においては、ハンダボールは、半導体パッケージにおけるビルドアップ配線基板のランド電極に対して溶融接合するとともにマザー基板の電極部に対しても溶融接合し、従って、半導体パッケージは、当該ハンダボールを介して機械的かつ電気的にマザー基板に接続されている。本比較例の実装構造体について、実施例と同様にして温度サイクル試験を行ったところ、各電気的接続部における接続抵抗の上昇率は、300サイクルにて10%を超えた。また、300サイクルにて、半導体チップのボール電極とビルドアップ配線基板のランド電極との界面について、クラックが観察される接合部が存在した。
【0054】
以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列挙する。
【0055】
(付記1)電極部を有するマザー基板と、
前記電極部と電気的に接続している導電連絡部を有し、前記マザー基板の上に搭載されているバッファー部と、
前記導電連絡部と接する第1電極部を第1面に有するとともに当該第1面と反対の第2面に第2電極部を有し、前記バッファー部を介して前記マザー基板に実装されているビルドアップ配線基板と、
前記第2電極部と電気的に接続しているバンプ部を介して前記ビルドアップ配線基板に実装されている半導体チップと、を備えることを特徴とする、実装構造体。
(付記2)電極部を有するマザー基板と、
前記電極部と電気的に接続している導電連絡部を有するバッファー部を備え、前記マザー基板の上に搭載されているソケット本体と、
前記導電連絡部と接する第1電極部を第1面に有するとともに当該第1面と反対の第2面に第2電極部を有するビルドアップ配線基板、および、前記第2電極部と電気的に接続しているバンプ部を介して前記ビルドアップ配線基板に実装されている半導体チップを含み、前記ソケット本体を介して前記マザー基板に実装されている半導体装置と、
前記半導体装置を前記ソケット本体に対して押圧するソケット蓋体と、を備えることを特徴とする、実装構造体。
(付記3)前記ビルドアップ配線基板および前記半導体チップの平面広がり方向における熱膨張率の差は1.5〜7ppm/Kであり、前記マザー基板および前記ビルドアップ配線基板の平面広がり方向における熱膨張率の差は5〜13ppm/Kである、付記1または2に記載の実装構造体。
(付記4)前記半導体チップ、前記ビルドアップ配線基板、および、前記マザー基板の平面広がり方向における熱膨張率は、各々、3〜3.5ppm/K、5〜10ppm/K、および、15〜18ppm/Kである、付記1から3のいずれか1つに記載の実装構造体。
(付記5)前記バンプ部は、前記ビルドアップ配線基板と前記半導体チップとの間においてグリッドアレイ状に設けられた複数のボール電極である、付記1から4のいずれか1つに記載の実装構造体。
(付記6)前記ビルドアップ配線基板および前記半導体チップの間には、アンダーフィル材が介在している、付記1から5のいずれか1つに記載の実装構造体。(付記7) 前記ビルドアップ配線基板はコア基板を有し、当該コア基板には、直径10μm以下のカーボンファイバを束ねたカーボンファイバ糸から織られた複数のカーボンファイバ布が100μm以下の間隔で厚み方向に離隔して埋設されており、且つ、厚み方向に貫通して表面に絶縁膜が形成されているスルーホールにおいてスルーホールビアが設けられている、付記1から6に記載の実装構造体。
(付記8)前記バッファー部は、前記導電連絡部を保持するフレキシブル基板を有し、前記導電連絡部は、当該フレキシブル基板の両面に臨んでいる、付記1から7のいずれか1つに記載の実装構造体。
(付記9)前記第1電極部は、前記第1面にてグリッドアレイ状に設けられた複数のランド電極である、付記1から8のいずれか1つに記載の実装構造体。
【0056】
【発明の効果】
本発明によると、ビルドアップ配線基板とこれにフリップチップ実装されている半導体チップとを備える半導体装置がマザー基板に実装されてなる実装構造体において、半導体チップおよびビルドアップ配線基板の電気的接続について高い信頼性を達成するとともに、ビルドアップ配線基板およびマザー基板の電気的接続についても高い信頼性を達成することが可能である。本発明に係るこのような実装構造体を採用することにより、電子機器に組み込まれる電子部品の高密度実装化に適切に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る実装構造体の分解斜視図である。
【図2】図1の線II−IIに沿った実装構造体の部分断面図である。
【図3】図2の部分拡大図である。
【図4】本発明の第2の実施形態に係る実装構造体の部分断面図である。
【図5】図4の部分拡大図である。
【符号の説明】
X1,X2   実装構造体
10   半導体チップ
11   ボール電極
20   ビルドアップ配線基板
21   コア基板
22   ビルドアップ部
22d,22e   ランド電極
30   マザー基板
31   電極部
40   バッファー部
41   ベース
42   導電連絡部
51   ソケット本体
52   ソケット蓋体
52a   圧接部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mounting structure in which a semiconductor device including a build-up wiring board and a semiconductor chip mounted on the build-up wiring board is mounted on a mother board.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with demands for higher performance and smaller size of electronic devices, high-density mounting of electronic components incorporated in the electronic devices has been rapidly progressing. In order to cope with such high-density mounting, semiconductor chips such as CPUs are surface-mounted in a bare chip state, and a board for mounting the semiconductor chips is a build-up wiring board in which wiring is multilayered. Is often adopted. A semiconductor package or a semiconductor device having such a mounting structure is further mounted on a motherboard so as to constitute a part of a predetermined electronic circuit.
[0003]
The build-up wiring board generally has a core board and build-up portions formed on both surfaces thereof. In the build-up section, wiring patterns are embedded between a plurality of stacked build-up insulating layers, and each wiring pattern is electrically connected by a via formed in a via hole formed in the insulating layer. I have.
[0004]
In the manufacture of a build-up wiring board, the formation of a build-up insulating layer and the formation of a wiring pattern on the insulating layer are sequentially repeated, and the wiring is multilayered. Specifically, first, a build-up insulating layer is formed on a core substrate or a build-up insulating layer on which a wiring pattern has already been formed from above the wiring pattern. Next, a via hole is formed in the insulating layer. As a method of forming a via hole, a method of forming a hole in the insulating layer by photolithography using a photosensitive resin as a material of the insulating layer, a method of forming a hole in the insulating layer by irradiating a laser, or the like is adopted. After forming a via hole in the insulating layer, a wiring pattern is formed on the insulating layer by, for example, a semi-additive method or a subtractive method. At this time, vias are formed in the via holes with the conductive material together with the wiring patterns. After the wiring pattern is formed on the insulating layer in this manner, a series of steps from the formation of the insulating layer to the formation of the wiring pattern are repeated a predetermined number of times, whereby the wiring can be multilayered.
[0005]
In the build-up wiring board, a fine wiring pattern can be formed at a high density in the build-up portion, and thus it is possible to provide the external connection electrode portions at a fine pitch on the surface of the build-up portion. . Therefore, for example, a semiconductor chip having a plurality of ball electrodes for external connection provided in a grid array at a fine pitch can be surface-mounted on a build-up wiring board in a bare chip state. .
[0006]
In surface mounting of a semiconductor chip on a build-up wiring board, that is, flip chip mounting, connection reliability is often low due to a difference in thermal expansion coefficient between the build-up wiring board and the semiconductor chip. The thermal expansion coefficient in the plane spreading direction of a semiconductor chip made of a general semiconductor material is 3 to 3.5 ppm / K, and the thermal expansion in the plane spreading direction of a general build-up wiring board employing a glass epoxy substrate as a core substrate. The rate is 15 to 20 ppm / K, and the difference between the two coefficients of thermal expansion is relatively large. For this reason, stress is likely to occur in the electrical connection between the semiconductor chip and the build-up wiring board due to a change in the environmental temperature. Therefore, the reliability of the electrical connection between the semiconductor chip and the build-up wiring board is low. They tend to be low.
[0007]
As one of means for improving connection reliability, there is known a technique in which a core substrate of a build-up wiring substrate employs a substrate obtained by impregnating a carbon fiber sheet with a resin material instead of a conventional glass epoxy substrate. Has been. Since the coefficient of thermal expansion of a core substrate including a carbon fiber sheet is smaller than that of a core substrate generally used in the related art, the coefficient of thermal expansion of a build-up wiring board including the core substrate is equal to the coefficient of thermal expansion of a semiconductor chip. A value closer to the expansion rate is shown. Therefore, by using the build-up wiring board employing the core substrate including the carbon fiber sheet, the connection reliability in flip-chip mounting of the semiconductor chip on the build-up wiring board can be improved. A wiring board provided with a core substrate in which a carbon fiber sheet is impregnated with a resin material is disclosed in, for example, JP-A-11-40902 and JP-A-2001-332828.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor package or a semiconductor device including a build-up wiring board and a semiconductor chip flip-chip mounted thereon is mounted on a mother board as described above. From the viewpoint of high-density mounting of electronic components, the semiconductor package may be provided with a plurality of solder ball electrodes arranged in a grid array, and may be surface-mounted on a motherboard via the solder ball electrodes.
[0009]
However, the build-up wiring board including the carbon fiber sheet-containing core board has a smaller coefficient of thermal expansion in the plane spreading direction than that of a general mother board. The coefficient of thermal expansion in the plane spreading direction of a general mother board is 15 to 18 ppm / K, which is almost the same as the coefficient of thermal expansion in the plane spreading direction of a general build-up wiring board employing a glass epoxy substrate as a core substrate. is there. Therefore, when a build-up wiring substrate having a carbon fiber sheet-containing core substrate and having a smaller coefficient of thermal expansion than the conventional one is surface-mounted on a mother substrate via a plurality of solder ball electrodes provided thereon, there is a gap between the two. Since there is a significant difference in the coefficient of thermal expansion, a relatively large stress is likely to be generated in the electrical connection between the build-up wiring board and the mother board due to a change in the environmental temperature. That is, when using a build-up wiring board including a carbon fiber sheet-containing core board, the connection reliability in mounting a semiconductor package is lower than when using a general build-up wiring board including a glass epoxy core board. It will be lost.
[0010]
The present invention was conceived under such circumstances, and a semiconductor package or a semiconductor device including a build-up wiring board and a semiconductor chip mounted on the flip-chip is mounted on a mother board. The purpose of the present invention is to achieve high reliability in the electrical connection between the semiconductor chip and the build-up wiring board, and also achieve high reliability in the electrical connection between the build-up wiring board and the mother board in the mounting structure. I do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a mounting structure. This mounting structure has a mother substrate having an electrode portion, a conductive contact portion electrically connected to the electrode portion, a buffer portion mounted on the mother substrate, and a third portion in contact with the conductive contact portion. A build-up wiring board having one electrode portion on the first surface, having a second electrode portion on a second surface opposite to the first surface, mounted on the motherboard via a buffer portion, And a semiconductor chip mounted on the build-up wiring board via a bump section electrically connected to the section.
[0012]
According to such a configuration, high reliability of electrical connection between the build-up wiring board and the mother board can be achieved. In the mounting structure according to the first aspect of the present invention, the build-up wiring board is electrically connected to the mother board via a conductive connecting part of a buffer mounted on the mother board. The first electrode portion of the build-up wiring board is not joined to the conductive connecting portion electrically connected to the electrode portion of the mother board. The first electrode portion is in contact with the conductive connecting portion so as to be electrically connected. Therefore, even when the difference between the coefficients of thermal expansion in the plane spreading direction of the build-up wiring board and the mother board is relatively large, there is a gap between the first electrode portion of the build-up wiring board and the conductive connecting portion of the buffer section. Even if the environmental temperature changes, no stress is generated, or only a sufficiently small stress is generated. As a result, regarding the electrical connection between the build-up wiring board and the mother board, even when the difference in the coefficient of thermal expansion between the build-up wiring board and the mother board is relatively large, the connection reliability due to the generation of stress is reduced. The decrease is eliminated or sufficiently reduced.
[0013]
Further, according to the mounting structure according to the first aspect of the present invention, high reliability can be achieved also for the electrical connection between the semiconductor chip and the build-up wiring board. Regarding the electrical connection between the build-up wiring board and the mother board, as described above, it is possible to achieve good connection reliability even when the difference in thermal expansion coefficient between the two is relatively large. Therefore, a substrate having a coefficient of thermal expansion close to the coefficient of thermal expansion of the semiconductor chip can be used as the build-up wiring board. A predetermined semiconductor chip is surface-mounted on a build-up wiring board having a coefficient of thermal expansion close to the coefficient of thermal expansion to eliminate or sufficiently reduce a decrease in connection reliability caused by a difference between the two coefficients of thermal expansion. It is possible to reduce.
[0014]
As described above, according to the mounting structure according to the first aspect of the present invention, high reliability is achieved for the electrical connection between the semiconductor chip and the build-up wiring board, and the electrical connection between the build-up wiring board and the mother board is achieved. Can also achieve high reliability.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, another mounting structure is provided. This mounting structure includes a mother substrate having an electrode portion, a socket body mounted on the mother substrate including a buffer portion having a conductive connection portion electrically connected to the electrode portion, and a socket body. A semiconductor device mounted on the motherboard through the semiconductor device, and a socket lid for pressing the semiconductor device against the socket body. The semiconductor device has a first electrode portion in contact with the conductive contact portion on a first surface. A build-up wiring board having a second electrode portion on a second surface opposite to the first surface, and mounted on the build-up wiring board via a bump portion electrically connected to the second electrode portion. It is characterized by including a semiconductor chip.
[0016]
The mounting structure according to the second aspect of the present invention includes the configuration of the mounting structure according to the first aspect. Therefore, according to the second aspect of the present invention, effects similar to those described above with respect to the first aspect can be obtained.
[0017]
Preferably, the difference in thermal expansion coefficient between the build-up wiring board and the semiconductor chip in the plane spreading direction is 1.5 to 7 ppm / K, and the difference in thermal expansion coefficient between the mother substrate and the build-up wiring board in the plane spreading direction is 5 ppm. 1313 ppm / K. Alternatively, preferably, the thermal expansion coefficients of the semiconductor chip, the build-up wiring board, and the mother board in the plane spreading direction are 3 to 3.5 ppm / K, 5 to 10 ppm / K, and 15 to 18 ppm / K, respectively. K. Such a configuration relating to the coefficient of thermal expansion is achieved by using a semiconductor chip and a build-up wiring board in a mounting structure in which a semiconductor device including a build-up wiring board and a semiconductor chip mounted on the flip-chip is mounted on a mother board. And the electrical connection between the build-up wiring board and the mother board tend to be preferably achieved in order to achieve high reliability.
[0018]
Preferably, the bump portion is a plurality of ball electrodes provided in a grid array between the build-up wiring board and the semiconductor chip. Such a ball grid array structure is suitable for mounting a multi-pin semiconductor chip on a build-up wiring board on which fine wiring is formed.
[0019]
Preferably, an underfill material is interposed between the build-up wiring board and the semiconductor chip. According to such a configuration, part of the stress generated in the electrical connection between the build-up wiring board and the semiconductor chip is absorbed by the underfill material, and as a result, the connection reliability between the build-up wiring board and the semiconductor chip is reduced. The decline in sex is suppressed.
[0020]
Preferably, the build-up wiring substrate has a core substrate, and the core substrate has a plurality of carbon fiber cloths woven from carbon fiber yarns in which carbon fibers having a diameter of 10 μm or less are bundled in the thickness direction at intervals of 100 μm or less. A through-hole via is provided in a through-hole that is buried apart and penetrates in the thickness direction and has an insulating film formed on the surface. A build-up wiring board including a core substrate in which a plurality of carbon fiber cloths woven from carbon fiber yarns bundled with carbon fibers having a diameter of 10 μm or less are buried at intervals of 100 μm or less in the thickness direction is 5 to 10 ppm / K. That is, the core substrate having such a configuration is suitable for reducing the difference in the coefficient of thermal expansion between the semiconductor chip and the build-up wiring board. In addition, the carbon fiber cloth of the present configuration has a relatively low degree of obstacle to a drill to be used when forming a through hole penetrating the substrate in the thickness direction, and therefore, reduces the frequency of breakage of the drill. Can be. In addition, the insulating film provided on the surface of the through hole ensures an electrical insulation state between the carbon fiber cloth and the through hole via.
[0021]
Preferably, the buffer unit has a flexible substrate that holds the conductive connecting portion, and the conductive connecting portion faces both surfaces of the flexible substrate. When the conductive connection portion for achieving electrical connection between the electrode portion of the mother board and the first electrode portion of the build-up wiring board is held by the flexible substrate, for example, the electrode portion of the mother board and the conductive connection portion may be solder reflowed. In such a case, some of the stress that may occur between the electrode portion and the conductive connection portion is absorbed by the relatively soft flexible substrate.
[0022]
Preferably, the first electrode portion is a plurality of land electrodes provided in a grid array on the first surface. In such a land grid array (LGA) structure, the first electrode portion of the build-up wiring board and the conductive contact portion of the buffer portion easily come into surface contact with a significant area. Is suitable for electrical connection.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an exploded perspective view of a mounting structure X1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the mounting structure X1 along the line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a partial enlarged view of FIG. The mounting structure X1 includes a semiconductor chip 10, a build-up wiring board 20, a mother board 30, and a buffer section 40 interposed between the build-up wiring board 20 and the mother board 30.
[0024]
The semiconductor chip 10 is mounted on a build-up wiring board 20 via a plurality of ball electrodes 11 as shown in FIG. The main part of the semiconductor chip 10 is made of a general semiconductor element material such as silicon, and has a coefficient of thermal expansion of 3 to 3.5 ppm / K. 2, the internal structure of the semiconductor chip 10 is omitted from FIG. The plurality of ball electrodes 11 are arranged in a grid array on one surface of the semiconductor chip 10 to form a ball grid array. The ball electrode 11 is made of gold or solder having a predetermined composition.
[0025]
The build-up wiring board 20 includes a core board 21 and a build-up section 22. The core substrate 21 is formed by laminating a plurality of prepregs 21 ′ obtained by impregnating a carbon fiber cloth (not shown) as a base material with a resin material. In the present embodiment, the core substrate 21 includes five prepregs. 21 '. Inner layer patterns 21 a are formed on both surfaces of the core substrate 21, and the inner layer patterns are electrically connected by through-hole vias 21 b penetrating the core substrate 21. The through-hole via 21b is provided in a through-hole 21d having an insulating film 21c formed on the surface.
[0026]
Examples of the resin material for forming the core substrate 21 or the prepreg 21 ′ include an epoxy resin, a polyimide resin, a maleimide resin, a bismaleimide resin, a cyanate resin, a polyphenylene ether resin, a polyphenylene oxide resin, and a fluorine-containing resin. . If the resin material has a glass transition temperature, the temperature is desirably a high temperature, for example, 150 ° C. or more. The resin material has a higher glass transition temperature if it can be softened by heating at, for example, 150 ° C. or more at the time of manufacturing the core substrate 21 and at 200 ° C. or more at the time of mounting the semiconductor chip 10, for example. Is good. As the glass transition temperature of the resin material constituting the core substrate is higher, the temperature region in which the mounting structure X1 functions effectively often expands to the higher temperature side.
[0027]
The carbon fiber cloth is a cloth in which carbon fiber yarns in which carbon fibers are bundled are woven. In the present embodiment, one carbon fiber cloth included in one prepreg 21 ′ is plain-woven with carbon fiber yarns in which the average number of carbon fibers having a cross-sectional diameter of 10 μm or less is 200 or more. Such carbon fiber cloths are arranged on the core substrate 21 at intervals of 100 μm or less in the substrate thickness direction. The volume occupancy of the carbon fibers in the core substrate 21 is preferably 40 to 90%. The build-up wiring board 20 according to the present embodiment includes the core substrate 21 containing the carbon fiber cloth in such a configuration, and is configured to exhibit a coefficient of thermal expansion of 5 to 10 ppm / K.
[0028]
The build-up section 22 includes a build-up insulating layer 22a, a wiring pattern 22b, a via 22c, and land electrodes 22d and 22e. Specifically, in the build-up section 22, a wiring pattern 22b is embedded between a plurality of stacked build-up insulating layers 22a, and between each wiring pattern is a via hole formed in the build-up insulating layer 22a. It is electrically connected by the provided via 22c. The land electrodes 22d and 22e are terminals for external connection, and are provided on the surface of the build-up portion 22. From the viewpoint of simplification of the drawings, FIGS. 2 and 3 show a state in which a plurality of stacked build-up insulating layers 22a are integrated. As a material forming the build-up insulating layer 22a, a general thermosetting resin can be used. For example, an epoxy resin or a polyimide resin may be used. Considering that the temperature is high when the build-up wiring board 20 is manufactured and when the semiconductor chip 10 is mounted, the build-up insulating layer material has a thermal characteristic similar to the resin material forming the core substrate 21 or the prepreg 21 ′. It is desirable to use a thermosetting resin. Also, from the viewpoint of reducing the thickness of the build-up wiring board 20, the layer thickness of the build-up insulating layer 22a is desirably 100 μm or less.
[0029]
In the manufacture of the build-up wiring board 20, first, a carbon fiber cloth woven with carbon fiber yarns having an average number of 200 or more carbon fibers having a cross-sectional diameter of 10 μm or less is impregnated with a resin material, and the prepreg 21 ′ Is prepared. Next, a plurality of prepregs 21 ′ are laminated, and the laminated body is pressed in the laminating direction under heating to produce an unprocessed core substrate 21. Next, a predetermined number of through holes 21d having a predetermined opening diameter penetrating the core substrate 21 in the thickness direction are formed by drilling. Next, a thermosetting resin material in a B-stage state is laminated on both surfaces of the core substrate 21 by, for example, a vacuum press. At this time, the thermosetting resin material covers the surface of the core substrate and fills the through holes 21d. Next, a through hole is formed in the resin material filled in the through hole 21d by using a drill having a smaller diameter than the previous drill. Thus, an insulating film (not shown) is formed on the surface of the core substrate, and an insulating film 21c is formed on the surface of the through hole. Subsequently, after performing a desmear treatment, an electroless copper plating film is formed on the surface of the core substrate and the surface of the through hole. Next, a dry film resist having a predetermined pattern (corresponding to the inner layer pattern 21a) is formed on the surface of the core substrate, and while using this as a mask, the previously formed electroless copper plating film is used as a current-carrying layer to form an electric copper plating film. To form At this time, a through-hole via 21b is formed by growing an electrolytic copper plating film also on the surface of the through-hole 21d. The through hole 21d is further filled with a resin material. After the dry film resist is removed, the electroless copper plating film that has been covered with the dry film resist is removed by etching. Thus, the core substrate 21 on which the inner layer pattern 21a and the through-hole via 21b are formed is manufactured.
[0030]
In the manufacture of the build-up wiring substrate 20, subsequently, a build-up multilayer wiring structure is formed on both surfaces of the core substrate 21 by a build-up process. In the build-up process, for example, first, the core substrate 21 on which the inner layer pattern 21a is formed, or the build-up insulating layer 22a on which the wiring pattern 22b is formed, Then, a build-up insulating layer 22a is further formed by lamination. The resin material for forming the build-up insulating layer 22a may be sheet-like or liquid. Next, a via hole is formed in the laminated build-up insulating layer 22a. As a method of forming a via hole, a method of forming a hole in the build-up insulating layer 22a by photolithography using a photosensitive resin as an insulating layer material or a method of forming a hole in the build-up insulating layer 22a by irradiating a laser Etc. can be adopted. After forming a via hole in the build-up insulating layer 22a, a wiring pattern 22b is formed on the build-up insulating layer by, for example, a semi-additive method or a subtractive method. At this time, a via 22c is formed in the via hole with the conductive material together with the wiring pattern 22b. After the wiring patterns 22b and the vias 22c are formed in the build-up insulating layer 22a in this manner, a series of steps from the formation of the additional build-up insulating layer 22a to the formation of the wiring patterns 22b and the vias 22c are repeated a predetermined number of times. . By the above build-up process, a build-up multilayer wiring structure is formed on both surfaces of the core substrate 21.
[0031]
In the manufacture of the build-up wiring substrate 20, subsequently, an overcoat layer or a solder resist is formed on the surface of the build-up multilayer wiring structure formed as described above by screen printing and photolithography. 2 and 3, the overcoat layer is shown as being integrated with the build-up insulating layer 22a. An opening is provided in the overcoat layer so that a part of the uppermost wiring pattern 22b in the build-up multilayer wiring structure faces. Next, land electrodes 22d and 22e for connection with external terminals are formed by forming a gold plating film following the electroless nickel film on the wiring pattern facing the opening. The land electrodes 22d formed in the lower build-up section 22 in FIG. 2 are arranged at positions corresponding to the conductive connection sections 42 of the buffer section 40 described later, and constitute a land grid array. The land electrodes 22e formed in the upper build-up section 22 in FIG. 2 are arranged in a grid array at positions corresponding to the ball electrodes 11 of the semiconductor chip 10, thereby forming a land grid array. In this manner, the build-up wiring board 20 having the build-up portions 22 on both surfaces of the core substrate 21 and having the land electrodes 22d and 22e forming the land grid array on both surfaces is manufactured. The semiconductor chip 10 described above is joined to the land electrode 22e by solder reflow with respect to the build-up wiring board 20 having such a configuration. An underfill material 13 is filled between the semiconductor chip 10 and the build-up wiring board 20.
[0032]
The mother substrate 30 has an electrode portion 31 exposed on the surface. The electrode unit 31 is omitted in FIG. 1 from the viewpoint of simplifying the drawing. The mother substrate 30 is, for example, a multilayer printed wiring board manufactured by a batch lamination method, and the electrode portions 31 are electrically connected to predetermined wirings (not shown) formed on the mother substrate 30. For example, a mother board 30 which is a multilayer printed wiring board manufactured by a batch lamination method is configured to exhibit a coefficient of thermal expansion of 15 to 18 ppm / K. The electrode portion 31 is disposed at a position corresponding to the land electrode 22d formed on the lower buildup portion 22 of the buildup wiring board 20.
[0033]
The buffer section 40 includes a base 41 and a conductive connecting section 42 held by the base 41. The conductive connecting portion 42 is made of a conductive material such as copper, for example, and is held by an opening 41 a provided at a predetermined position of the base 41. In FIG. 1, the opening 41a and the conductive connecting part 42 in the buffer part 40 are omitted from the viewpoint of simplifying the drawing. The base 41 is a rigid substrate in the present embodiment, and is obtained by impregnating a predetermined base material such as glass fiber with a resin material. Examples of such a resin material include a phenol resin, an epoxy resin, a polyester resin, a polyimide resin, and a BT resin. As shown in FIG. 3, the conductive contact portion 42 has a curved shape and a first contact portion 42a abutting against the wall surface of the opening 41a, and a second contact portion extending from the first contact portion. 42b, and has a predetermined width in the direction perpendicular to the paper of FIGS. 2 and 3. The first contact portion 42a contacts the land electrode 22d of the build-up wiring board 20, and the second contact portion 42b contacts the electrode portion 31 of the mother board 30. The conductive contact portion 42 is held in the opening 41a by an urging force acting in a direction in which the curved shape of the first contact portion 42a opens. In the disassembled state of the mounting structure X1 as shown in FIG. 1, for example, the first contact portion 42a and the second contact portion 42b protrude from the opening 41a by a predetermined length. On the other hand, in the assembled state of the mounting structure X1 as shown in FIGS. 2 and 3, the first contact portion 42a comes into contact with the land electrode 22d of the build-up wiring board 20 and moves downward in the drawing. It is in a state of being pressed inward of the opening 41a. In addition, the second contact portion 42b comes into contact with the electrode portion 31 of the mother substrate 30 and is pressed inward in the opening portion 41a in the figure. Since the contact is made while the pressing force is acting, good electrical connection is achieved between the first contact portion 42a and the land electrode 22d and between the second contact portion 42b and the electrode portion 31.
[0034]
The buffer unit 40 is incorporated in a part of a socket for a land grid array type package, for example. The socket includes a socket body 51, a socket lid 52, and a stiffener 53, as shown in FIG. The socket body 51 is for accommodating a semiconductor package or a semiconductor device including the semiconductor chip 10 and the build-up wiring board 20, and has a buffer portion 40 formed at a bottom surface thereof. The socket lid 52 has a pressure contact portion 52a for pressing the semiconductor package housed in the socket main body 51 against the socket main body 51. The stiffener 53 is a member for reinforcing the mother board 30 when the socket is mounted, and is provided on the mother board 30 behind the mounting portion 30a.
[0035]
While the semiconductor package including the semiconductor chip 10 and the build-up wiring board 20 is housed in the socket body 51, the socket body 51, the socket lid 52, and the stiffener 53 are screwed with screws 54 so that the socket is attached to the motherboard 30. Fixed. As described above, the semiconductor package including the semiconductor chip 10 and the build-up wiring board 20 is mounted on the mother board 30 via the buffer unit 40.
[0036]
In the mounting structure X1, the coefficient of thermal expansion of the semiconductor chip 10 mounted on the build-up wiring board 20 via the ball electrodes 11 forming the ball grid array is 3 to 3.5 ppm / K, and the build-up wiring The coefficient of thermal expansion of the substrate 20 is 5 to 10 ppm / K. That is, the difference in the coefficient of thermal expansion between the semiconductor chip 10 and the build-up wiring board 20 in the plane spreading direction is 1.5 to 7 ppm / K. Such a difference in the coefficient of thermal expansion is smaller than the difference in the coefficient of thermal expansion (about 11.5 to 17 ppm) in the conventional general semiconductor chip-build-up wiring board mounting structure. Therefore, in the mounting structure X1, a decrease in connection reliability between the semiconductor chip 10 and the build-up wiring board 20 due to a change in environmental temperature can be reduced as compared with the related art.
[0037]
In the mounting structure X1, the coefficient of thermal expansion of the build-up wiring board 20 is 5 to 10 ppm / K as described above, and the coefficient of thermal expansion of the mother board 30 is 15 to 18 ppm / K. That is, the difference between the coefficients of thermal expansion of the build-up wiring board 20 and the mother board 30 in the plane spreading direction is 5 to 13 ppm / K, which is relatively large. However, the buffer section 40 is interposed between the build-up wiring board 20 and the mother board 30 while maintaining electrical connection between them. The land electrode 22d of the build-up wiring board 20 is in contact with the conductive connecting part 42 of the buffer part 40 and is not joined. At the same time, the electrode portion 31 of the mother substrate 30 is in contact with the conductive connecting portion 42 and is not joined. Therefore, in the mounting structure X1, even when the build-up wiring board 20, the mother board 30, and the buffer section 40 expand to a different degree with a relatively large difference according to a change in the environmental temperature, the land electrode 22d and the electrode By maintaining an appropriate contact state between the portion 31 and the conductive contact portion 42, good connection reliability between the build-up wiring board 20 and the mother board 30 can be achieved.
[0038]
In the present embodiment, the second contact portion 42b of the conductive connecting portion 42 and the electrode portion 31 may be joined via, for example, a conductive adhesive or a solder material. , Similarly to the mother substrate 30, the thermal expansion coefficient is 15 to 18 ppm / K. By making the thermal expansion coefficients of the buffer section 40 and the mother substrate 30 close to each other, even when the second contact section 42b of the conductive connecting section 42 and the electrode section 31 are joined, the conductive connecting section 42 and the electrode section 31 are not bonded. Unreasonable stress is less likely to occur at the joint. Therefore, even in the case where the conductive contact portion 42 and the electrode portion 31 are joined in the present embodiment, it is possible to achieve good connection reliability between the build-up wiring board 20 and the mother board 30. .
[0039]
As described above, in the mounting structure X1, good connection reliability between the semiconductor chip 10 and the build-up wiring board 20 is achieved, and good connection reliability between the build-up wiring board 20 and the mother board 30 is achieved. It is possible to achieve.
[0040]
FIG. 4 shows a mounting structure X2 according to the second embodiment of the present invention, and is a partial cross-sectional view of a portion corresponding to the partial cross-sectional view of FIG. 2 in the mounting structure X1. FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. The mounting structure X2 differs from the mounting structure X1 in the configuration of the buffer unit 40. Other configurations are the same as those of the mounting structure X1.
[0041]
The buffer section 40 of the mounting structure X2 includes a base 41 and a conductive connecting section 42 held by the base 41. The base 41 is a flexible substrate and is made of, for example, a flexible polyimide film or polyester film. The base 41 has, for example, a cylindrical opening at a predetermined position. The conductive connecting portion 42 is formed by patterning the base 41 in a region including the opening by a subtractive method or an additive method, and penetrates the base 41 through the opening to be formed on both surfaces of the base 41. I'm coming. In the assembled state of the mounting structure X2, one end of the conductive connecting portion 42 is in contact with the land electrode 22d of the build-up wiring board 20, and the other end is in contact with the electrode portion 31 of the motherboard 30.
[0042]
In the mounting structure X2, similarly to the mounting structure X1, the difference in the coefficient of thermal expansion in the plane spreading direction of the semiconductor chip 10 and the build-up wiring board 20 is 1.5 to 7 ppm / K. Such a difference in the coefficient of thermal expansion is smaller than the difference in the coefficient of thermal expansion (about 11.5 to 17 ppm) in the conventional general semiconductor chip-build-up wiring board mounting structure. Therefore, also in the mounting structure X2, similarly to the mounting structure X1, a decrease in connection reliability between the semiconductor chip 10 and the build-up wiring board 20 due to a change in environmental temperature can be reduced as compared with the related art.
[0043]
Further, in the mounting structure X2, similarly to the mounting structure X1, the difference in the coefficient of thermal expansion in the planar spreading direction of the build-up wiring board 20 and the mother board 30 is relatively large, 5 to 13 ppm / K. However, the land electrode 22d of the build-up wiring board 20 is in contact with the conductive connection part 42 of the buffer part 40 and is not joined. At the same time, the electrode portions 31 of the mother substrate 30 are in contact with the conductive connecting portions 42 and are not joined. Therefore, in the mounting structure X2, similarly to the mounting structure X1, the build-up wiring board 20, the mother board 30, and the buffer section 40 expand to a different degree with a relatively large difference according to a change in environmental temperature. Even when the land electrode 22d and the electrode portion 31 and the conductive contact portion 42 maintain an appropriate contact state, it is possible to achieve good connection reliability between the build-up wiring board 20 and the mother board 30. it can.
[0044]
In the present embodiment, the conductive connecting portion 42 and the electrode portion 31 may be joined via, for example, a conductive adhesive or a solder material. In this case, since the conductive connecting portion 42 is held by the base 41 which is a flexible substrate, a part of the stress that may occur between the electrode portion and the conductive connecting portion is absorbed by the relatively soft base 41. Therefore, even in the case where the conductive contact portion 42 and the electrode portion 31 are joined in the present embodiment, good connection reliability between the build-up wiring board 20 and the mother board 30 can be achieved.
[0045]
As described above, in the mounting structure X2, similarly to the mounting structure X1, good connection reliability between the semiconductor chip 10 and the build-up wiring board 20 is achieved, and the build-up wiring board 20 and the mother board 30 are connected. It is possible to achieve good connection reliability between the two.
[0046]
【Example】
<Preparation of mounting structure>
A carbon fiber cloth (trade name: TORAYCA, manufactured by Toray) was impregnated with an epoxy resin and then dried to prepare a prepreg having a thickness of 0.2 mm. The carbon fiber cloth of the present embodiment is obtained by plain weaving a carbon fiber yarn obtained by bundling carbon fibers having a cross section diameter of 10 μm or less with an average number of 200 or more. Four prepregs thus prepared were laminated, and pressed in a laminating direction at 170 ° C. for 1 hour by a vacuum press to produce an unprocessed core substrate having a thickness of about 0.8 mm.
[0047]
Next, an inner layer pattern and a through-hole via were formed on the core substrate. Specifically, first, a through hole having an opening diameter of 0.5 mm was formed in a predetermined portion of the core substrate by a drill. After the degreasing treatment and the washing treatment, an epoxy resin sheet (thickness: 0.07 mm) in a B-stage state was laminated on both surfaces of the core substrate by a vacuum press at 170 ° C. for 30 minutes. As a result, the epoxy resin coated the core substrate surface and filled the through holes. Next, a through hole having an opening diameter of 0.2 mm was formed in the epoxy resin filled in the through hole by using a drill smaller in diameter than the previous drill. As a result, an insulating film is formed on the surface of the through hole. Next, after performing a desmear treatment, an electroless copper plating film was formed on the surface of the core substrate whose surface was insulated and coated. At this time, an electroless copper plating film was also formed on the surface of the through hole whose surface was insulated. Next, a dry film resist was formed in a predetermined pattern on the surface of the core substrate, and an electrocopper plating film was formed using the previously formed electroless copper plating film as a current-carrying layer while using the resist as a mask. At this time, an electrolytic copper plating film was also formed on the surface of the through hole. After the dry film resist was peeled off, the electroless copper plating film that had been covered with the dry film resist was removed by etching. Thus, an inner layer pattern and a through-hole via were formed on the core substrate. The location and number of through-hole vias are determined according to the layout of the inner layer pattern. In this embodiment, 1000 through-hole vias are formed at predetermined locations on the core substrate.
[0048]
Next, build-up portions were formed on both sides of the core substrate. Specifically, first, a build-up insulating layer was formed on the core substrate on which the inner layer pattern was formed. As a resin material for forming the build-up insulating layer, a photosensitive resin (trade name: PVI-500, manufactured by Taiyo Ink) was used. Next, via holes were formed by photolithography at predetermined positions of the laminated build-up insulating layer. Next, a copper wiring pattern was formed on the insulating layer by a semi-additive method. At this time, a via was formed together with the copper wiring pattern by depositing copper also on the surface of the via hole. Thereafter, a series of steps from lamination formation of the build-up insulating layer to formation of the wiring pattern and via was repeated four times, thereby forming a build-up portion having a five-layer wiring structure on both surfaces of the core substrate.
[0049]
Next, an overcoat layer was formed on the surface of the build-up portion by screen printing and photolithography. An opening was provided at a predetermined portion of the overcoat layer such that a part of the uppermost wiring pattern in the build-up portion faced. Next, a land electrode for connection with an external terminal was formed by forming a gold plating film following the electroless nickel film on the wiring pattern facing the opening. The land electrode formed on one surface of the build-up wiring board is arranged corresponding to the electrode arrangement of a semiconductor chip to be mounted later, and the land electrode formed on the other surface is Are arranged corresponding to the arrangement of the conductive connecting portions of the buffer portion in the socket in which is mounted.
[0050]
When the amount of warpage of the build-up wiring board manufactured in this manner was measured, it was 10 μm or less over a 20 mm span of the chip mounting area. On the other hand, the amount of warpage of the build-up wiring board manufactured by the above process was measured except that the same size organic core board was used instead of the core board of the present embodiment. It was about 30 μm. As the organic core substrate, a substrate whose core substrate was a BT resin substrate was used. As described above, the amount of warpage of the build-up wiring board of the present embodiment was smaller than that of the conventional build-up wiring board employing the organic core. The coefficient of thermal expansion of the build-up wiring board of this example in the plane spreading direction was 7 ppm / K.
[0051]
A predetermined semiconductor chip is flip-chip mounted on one surface of the build-up wiring board according to the present embodiment having a small amount of warpage via a plurality of ball electrodes forming a ball grid array formed on the predetermined semiconductor chip. did. The coefficient of thermal expansion in the plane spreading direction of the semiconductor chip is 5 ppm / K. Next, the semiconductor package thus obtained was mounted on a mother board having a thermal expansion coefficient of 15 ppm / K via a socket for an LGA package. As shown in FIGS. 1 and 2, for example, an LGA package socket includes a socket body for housing a semiconductor package, a socket lid for pressing the semiconductor package against the socket body, and a stiffener for reinforcing a mother board. . The bottom surface of the socket body is constituted by a buffer unit having a conductive connection unit. The conductive connecting portion is disposed at a position where it abuts on the land electrode of the build-up wiring board in the semiconductor package and is electrically connected to the electrode section of the motherboard. The socket lid has a pressing portion for urging the semiconductor package housed in the socket body toward the socket body. While mounting the semiconductor package in the socket main body, the socket main body, the socket lid body, the stiffener, and the mother board were collectively screwed to produce the mounting structure of this embodiment.
[0052]
<Temperature cycle test>
The connection reliability of the mounting structure of this example was examined by a temperature cycle test. Specifically, first, the initial conduction resistance of each electrical connection between the semiconductor chip of the mounting structure and the build-up wiring board and each electrical connection between the build-up wiring board and the mother board are measured. did. Next, after performing a temperature cycle test in the range of -65 ° C to 150 ° C, the conduction resistance of each electrical connection was measured again. In the temperature cycle test, cooling at −65 ° C. for 15 minutes and heating at 150 ° C. for 15 minutes were one cycle, and this cycle was repeated 1000 times. As a result, with respect to the mounting structure of this example, the rate of increase in resistance at each electrical connection was less than 10%, and it was confirmed that a good connection was formed. Also, no cracking or peeling occurred between the ball electrode of the semiconductor chip and the land electrode of the build-up wiring board.
[0053]
[Comparative example]
A mounting structure was produced in the same manner as in the example, except that the semiconductor package including the same build-up wiring board and the semiconductor chip as in the example was mounted on the motherboard via a plurality of solder balls instead of the socket. . Specifically, in this comparative example, the solder ball is melt-bonded to the land electrode of the build-up wiring board in the semiconductor package and also melt-bonded to the electrode portion of the mother board. , Are mechanically and electrically connected to the motherboard via the solder balls. When a temperature cycle test was performed on the mounting structure of this comparative example in the same manner as in the example, the rate of increase in connection resistance at each electrical connection portion exceeded 10% in 300 cycles. At 300 cycles, there was a joint where cracks were observed at the interface between the ball electrode of the semiconductor chip and the land electrode of the build-up wiring board.
[0054]
As a summary of the above, the configuration of the present invention and its variations are listed below as supplementary notes.
[0055]
(Supplementary Note 1) A mother substrate having an electrode portion;
Having a conductive contact portion electrically connected to the electrode portion, a buffer portion mounted on the mother substrate,
A first electrode portion in contact with the conductive connecting portion is provided on a first surface, and a second electrode portion is provided on a second surface opposite to the first surface, and is mounted on the motherboard via the buffer portion. A build-up wiring board,
And a semiconductor chip mounted on the build-up wiring board via a bump portion electrically connected to the second electrode portion.
(Supplementary Note 2) A mother substrate having an electrode portion;
A buffer body having a conductive contact portion electrically connected to the electrode portion, a socket body mounted on the mother board,
A build-up wiring board having a first electrode portion on a first surface in contact with the conductive contact portion and having a second electrode portion on a second surface opposite to the first surface, and electrically connecting to the second electrode portion A semiconductor device including a semiconductor chip mounted on the build-up wiring board via a connected bump portion, and mounted on the motherboard via the socket body;
A socket cover for pressing the semiconductor device against the socket body.
(Supplementary Note 3) The difference in thermal expansion coefficient between the build-up wiring board and the semiconductor chip in the plane spreading direction is 1.5 to 7 ppm / K, and the thermal expansion in the mother board and the build-up wiring board in the plane spreading direction. 3. The mounting structure according to Supplementary Note 1 or 2, wherein the difference between the rates is 5 to 13 ppm / K.
(Supplementary Note 4) The thermal expansion coefficients of the semiconductor chip, the build-up wiring board, and the mother board in the planar spreading direction are 3 to 3.5 ppm / K, 5 to 10 ppm / K, and 15 to 18 ppm, respectively. 4. The mounting structure according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein
(Supplementary note 5) The mounting structure according to any one of Supplementary notes 1 to 4, wherein the bump portion is a plurality of ball electrodes provided in a grid array between the build-up wiring board and the semiconductor chip. body.
(Supplementary note 6) The mounting structure according to any one of supplementary notes 1 to 5, wherein an underfill material is interposed between the build-up wiring board and the semiconductor chip. (Supplementary Note 7) The build-up wiring board has a core substrate, and the core substrate has a plurality of carbon fiber cloths woven from carbon fiber yarns in which carbon fibers having a diameter of 10 μm or less are bundled at a thickness of 100 μm or less. 7. The mounting structure according to Supplementary Notes 1 to 6, wherein a through-hole via is provided in a through-hole that is buried at a distance in a direction and penetrates in a thickness direction and has an insulating film formed on a surface thereof.
(Supplementary Note 8) The buffer according to any one of Supplementary Notes 1 to 7, wherein the buffer unit includes a flexible substrate that holds the conductive connecting unit, and the conductive connecting unit faces both surfaces of the flexible substrate. Mounting structure.
(Supplementary Note 9) The mounting structure according to any one of Supplementary Notes 1 to 8, wherein the first electrode unit is a plurality of land electrodes provided in a grid array on the first surface.
[0056]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a mounting structure in which a semiconductor device including a build-up wiring board and a semiconductor chip mounted on the flip-chip is mounted on a mother board, electrical connection between the semiconductor chip and the build-up wiring board In addition to achieving high reliability, it is possible to achieve high reliability for the electrical connection between the build-up wiring board and the motherboard. By employing such a mounting structure according to the present invention, it is possible to appropriately cope with high-density mounting of electronic components incorporated in an electronic device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a mounting structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the mounting structure taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2;
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a mounting structure according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. 4;
[Explanation of symbols]
X1, X2 mounting structure
10 Semiconductor chip
11 ball electrode
20 Build-up wiring board
21 Core substrate
22 Build-up part
22d, 22e Land electrode
30 Mother board
31 Electrode section
40 buffer section
41 base
42 conductive contact
51 Socket body
52 Socket cover
52a Pressure contact part

Claims (5)

電極部を有するマザー基板と、
前記電極部と電気的に接続している導電連絡部を有し、前記マザー基板の上に搭載されているバッファー部と、
前記導電連絡部と接する第1電極部を第1面に有するとともに当該第1面と反対の第2面に第2電極部を有し、前記バッファー部を介して前記マザー基板に実装されているビルドアップ配線基板と、
前記第2電極部と電気的に接続しているバンプ部を介して前記ビルドアップ配線基板に実装されている半導体チップと、を備えることを特徴とする、実装構造体。
A mother substrate having an electrode portion,
Having a conductive contact portion electrically connected to the electrode portion, a buffer portion mounted on the mother substrate,
A first electrode portion in contact with the conductive connecting portion is provided on a first surface, and a second electrode portion is provided on a second surface opposite to the first surface, and is mounted on the motherboard via the buffer portion. A build-up wiring board,
And a semiconductor chip mounted on the build-up wiring board via a bump portion electrically connected to the second electrode portion.
電極部を有するマザー基板と、
前記電極部と電気的に接続している導電連絡部を有するバッファー部を備え、前記マザー基板の上に搭載されているソケット本体と、
前記導電連絡部と接する第1電極部を第1面に有するとともに当該第1面と反対の第2面に第2電極部を有するビルドアップ配線基板、および、前記第2電極部と電気的に接続しているバンプ部を介して前記ビルドアップ配線基板に実装されている半導体チップを含み、前記ソケット本体を介して前記マザー基板に実装されている半導体装置と、
前記半導体装置を前記ソケット本体に対して押圧するソケット蓋体と、を備えることを特徴とする、実装構造体。
A mother substrate having an electrode portion,
A buffer body having a conductive contact portion electrically connected to the electrode portion, a socket body mounted on the mother board,
A build-up wiring board having a first electrode portion on a first surface in contact with the conductive contact portion and having a second electrode portion on a second surface opposite to the first surface, and electrically connecting to the second electrode portion A semiconductor device including a semiconductor chip mounted on the build-up wiring board via a connected bump portion, and mounted on the motherboard via the socket body;
A socket cover for pressing the semiconductor device against the socket body.
前記ビルドアップ配線基板と前記半導体チップとの平面広がり方向における熱膨張率の差は1.5〜7ppm/Kであり、前記マザー基板と前記ビルドアップ配線基板との平面広がり方向における熱膨張率の差は5〜13ppm/Kである、請求項1または2に記載の実装構造体。The difference in the coefficient of thermal expansion between the build-up wiring board and the semiconductor chip in the plane spreading direction is 1.5 to 7 ppm / K. The mounting structure according to claim 1, wherein the difference is 5 to 13 ppm / K. 前記バッファー部は、前記導電連絡部を保持するフレキシブル基板を有し、前記導電連絡部は、当該フレキシブル基板の両面に臨んでいる、請求項1から3のいずれか1つに記載の実装構造体。The mounting structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the buffer unit has a flexible substrate that holds the conductive connecting portion, and the conductive connecting portion faces both surfaces of the flexible substrate. . 前記第1電極部は、前記第1面にてグリッドアレイ状に設けられた複数のランド電極である、請求項1から4のいずれか1つに記載の実装構造体。The mounting structure according to claim 1, wherein the first electrode unit is a plurality of land electrodes provided in a grid array on the first surface.
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