JP2004241400A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】配線部11、12、13の表面の一部がソルダーレジスト15にて被覆されたインターポーザ基板10と、インターポーザ基板10の表面にソルダーレジスト15を介して搭載された半導体チップ20とを備え、半導体チップ20とソルダーレジスト15との間に、熱膨張係数が半導体チップ20とソルダーレジスト15との中間の大きさである中間層40が介在している。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線部の表面の一部がソルダーレジストにて被覆されたインターポーザ基板の表面にソルダーレジストを介して半導体チップを搭載してなる半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の半導体装置としては、例えばBGA(ボールグリッドアレイ)が知られている(例えば、特許文献1参照)。そのBGAの一般的な断面構成を図7に示す。
【0003】
インターポーザ基板10におけるチップ搭載面には半導体チップ20が搭載されており、このチップ搭載面とは反対側の面にはんだよりなるバンプ70が形成されている。また、インターポーザ基板10のチップ搭載面側には、導体部としての配線部11、12が形成されており、この配線部11、12の表面の一部がソルダーレジスト15によって被覆されている。
【0004】
半導体チップ20は、ソルダーレジスト15の上にダイペースト材等の接着剤50を介して搭載されており、半導体チップ20は、ソルダーレジスト15から露出する配線部12すなわちパッド12にボンディングワイヤ30によって結線され電気的に接続されている。
【0005】
そして、このようなBGAにおいては、インターポーザ基板10のチップ搭載面上の半導体チップ20、ボンディングワイヤ30がモールド樹脂60によって包み込まれるように封止されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平11−186440号公報(第3頁、第1−第2図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなBGAにおいては、インターポーザ基板10と半導体チップ20との熱膨張係数の差異により、インターポーザ基板10の配線部11が断線するという問題が生じていた。
【0008】
そのメカニズムは、次のようなものと考えられる。半導体チップ20の熱膨張係数(例えば4ppm/℃)は、インターポーザ基板10の熱膨張係数(約10〜18ppm/℃)と比較して小さい。このような熱膨張係数の差があると、使用時の温度変化等により、半導体チップ20とインターポーザ基板10に挟まれている配線部11やソルダーレジスト15に大きな応力が印加される。
【0009】
特に、ソルダーレジスト15は熱膨張係数が半導体チップ20と比較して大きく、例えば50〜60ppm/℃である。また、ソルダーレジスト15は弾性率も高いため、ソルダーレジスト15には大きな応力が発生する。
【0010】
すると、半導体チップ20の下部および近傍部に位置するソルダーレジスト15からクラックが発生し、発生したクラックの下の配線部11に応力が集中し、断線に至る。実際に、ソルダーレジスト15のクラック近傍にて配線部11の断線が確認された。
【0011】
ここで、ソルダーレジスト15にかかる応力を低減する対策としてソルダーレジスト15の低弾性化や半導体チップ20の厚さを低減することが考えられる。
一方、配線部の幅を増加させたり配線膜厚を増加させたりすることで配線部11の強度を向上させることも考えられる。
【0012】
しかしながら、これらの対策は、ソルダーレジスト15や配線部11の構成の変更すなわちインターポーザ基板10の構成の変更を伴うものであり、また、材料物性の限界や構造上の制約から十分な効果を得ることは困難である。
【0013】
また、上記特許文献1には、通常のソルダーレジストの上に低弾性のソルダーレジストを形成する構造を採用することが提案されている。しかし、ソルダーレジストの低弾性化には現行材料では限界があり、また、半導体チップとソルダーレジストは熱膨張係数差が大きいために十分な効果を得ることが難しい。
【0014】
なお、このような問題は、上記BGA以外にも、配線部の表面の一部がソルダーレジストにて被覆されたインターポーザ基板と、インターポーザ基板の表面にソルダーレジストを介して搭載された半導体チップとを備える半導体装置について共通の問題と言える。
【0015】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、ソルダーレジストや配線部の構成を変更することなく、ソルダーレジストへ加わる応力の集中を低減することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、配線部(11、12、13)の表面の一部がソルダーレジスト(15)にて被覆されたインターポーザ基板(10)と、インターポーザ基板の表面にソルダーレジストを介して搭載された半導体チップ(20)とを備える半導体装置において、半導体チップとソルダーレジストとの間に、熱膨張係数が半導体チップとソルダーレジストとの中間の大きさである中間層(40、80、90)が介在していることを特徴としている。
【0017】
それによれば、半導体チップとソルダーレジストとの間に両者の中間の熱膨張係数を有する中間層が存在するため、半導体チップとインターポーザ基板との熱膨張係数差によってソルダーレジストへ加わる応力が緩和される。
【0018】
このように、本発明によれば、中間層を介在させるのみの簡単な構成であるため、ソルダーレジストや配線部の構成を変更することなく、ソルダーレジストへ加わる応力の集中を低減することができる。
【0019】
また、請求項2に記載の発明では、中間層(40、80、90)は半導体チップ(20)の面方向のサイズよりも大きいものであることを特徴とする。
【0020】
本発明者の検討によれば、従来の半導体装置では、特に、半導体チップの端部の下およびその近傍においてソルダーレジストに大きな応力が加わり、その下の配線部が断線しやすいことがわかった。
【0021】
それに対して、中間層を半導体チップの面方向のサイズよりも大きいものとすれば、半導体チップの端部とソルダーレジストとの間に中間層を存在させることができるため、効果的である。
【0022】
ここで、請求項3に記載の発明のように、中間層(40、80、90)の厚さは100μm以上であることが好ましい。
【0023】
また、中間層としては、請求項4に記載の発明のように、接着剤(50、51)を介して半導体チップ(20)とソルダーレジスト(15)との間に固定された板材の中間層を採用したり、請求項5に記載の発明のように、接着剤(81、91)とこの接着剤の膜厚を確保するためのスペーサ(82、92)とから構成された中間層(80、90)を採用することができる。
【0024】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態相互において同一の部分には、図中、同一符号を付してある。
【0026】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置S1としてのBGA(ボールグリッドアレイ)の概略断面構成を示す図であり、図2は、図1中のBGAを上方から見た概略平面図である。
【0027】
インターポーザ基板10は、BT樹脂(Bismaleimide Triazine)、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の合成樹脂を主成分とした基材により構成されており、基材の厚さは例えば0.1〜0.5mm程度のものである。
【0028】
このインターポーザ基板10の上面すなわちチップ搭載面および下面には、Cu等の導体からなる配線部11、12、13が形成されている。
【0029】
これら配線部11〜13としては、インターポーザ基板10の上面に形成された配線11およびボンディングパッド12と、インターポーザ基板10の下面に形成されたはんだ電極13とが図示されている。
【0030】
インターポーザ基板10の上面の配線部11、12と下面のはんだ電極13とは、インターポーザ基板10に形成されたスルーホール14を介して電気的に接続されている。このスルーホール14は、インターポーザ基板10に貫通穴を形成し、その貫通穴の側面にCuめっきを施す等により形成されている。
【0031】
これら配線部11〜13は、例えば厚さ15μm程度の銅箔をインターポーザ基板10の表面に接着し、その銅箔表面にCuめっき(厚さ15μm程度)を行った後、エッチングすることにより形成されている。また、ボンディングパッド12の表面には、ワイヤボンディング性を向上させるためAu/Niめっきが施されている。
【0032】
さらに、このインターポーザ基板10においては、配線部11〜13の表面の一部がソルダーレジスト15にて被覆されている。ソルダーレジスト15は、一般にはんだのレジスト材として工業的用いられているものであり、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等からなり、印刷法等にて形成される。
【0033】
具体的には、ソルダーレジスト15は、ボンディングパッド12およびはんだ電極13以外のインターポーザ基板10の表面を覆うように、例えば20〜30μmの厚さにて形成されたものとなっている。
【0034】
このようにして構成されているインターポーザ基板10の上面(チップ搭載面)には、ソルダーレジスト15を介してシリコン等の半導体よりなる半導体チップ20が搭載されている。
【0035】
この半導体チップ20とインターポーザ基板10の複数個のボンディングパッド12とは、AuやAl等のボンディングワイヤ30を介して結線され電気的に接続されている。
【0036】
ここで、本半導体装置S1においては、半導体チップ20とソルダーレジスト15との間に、熱膨張係数が半導体チップ20(例えば4ppm/℃)とソルダーレジスト15(例えば50〜60ppm/℃)との中間の大きさである中間層40が介在している。
【0037】
本実施形態では、中間層40は板材(フィルム)であり、この板材としての中間層40は半導体チップ20の面方向のサイズよりも大きいものである。
【0038】
例えば、図1に示すように、半導体チップ20の端部からはみ出す中間層40の長さLが0.5mm以上であり、且つボンディングパッド12を覆わないような大きさとなっている。また、中間層40の厚さは100μm以上のものとすることができる。
【0039】
この中間層40の材料としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂およびポリイミド樹脂等の樹脂材料を主成分とし、これに熱膨張係数や弾性係数を制御するためのガラス繊維やフィラー材を加えたものを採用することができる。ここで、中間層40の弾性係数は300GPa(ギガパスカル)以下にすることが好ましい。
【0040】
そして、中間層40は接着剤50、51を介して半導体チップ20とソルダーレジスト15との間に固定されている。ここで、中間層40の上下に存在する接着剤50、51はダイペースト材等からなる。
【0041】
例えば、接着剤50、51を構成する材料としては、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等を主成分とし、フィラー成分等により低弾性化したものを用い、接着剤50、51の厚さは20〜30μm程度に形成することができる。
【0042】
また、本半導体装置S1では、インターポーザ基板10のチップ搭載面上の構成部分すなわち半導体チップ20、ボンディングワイヤ30、中間層40等がモールド樹脂60よって包み込まれるように封止されている。このモールド樹脂60は、例えばシリカ等のフィラー等を混ぜることにより熱膨張係数を調整したエポキシ樹脂等からなる。
【0043】
さらに、インターポーザ基板10の下面では、ソルダーレジスト15から露出するはんだ電極13の表面に、はんだ材料からなるバンプ70が形成されている。このバンプ70は、例えばPb−SnはんだやSn−Ag−Cu等のはんだ材料からなるものにできる。
【0044】
このような半導体装置S1は、次のようにして製造される。配線部11〜13およびソルダーレジスト15が形成されたインターポーザ基板10の上面に、接着剤50、51を介して中間層40、半導体チップ20を搭載する。
【0045】
その後、ワイヤボンディングを行い、続いてモールド樹脂60の成形を行い、その後、はんだ電極13にバンプ70を形成する。こうして、本実施形態の半導体装置S1ができあがる。
【0046】
この半導体装置S1は、プリント基板やセラミック基板等からなり、表面に電極110が形成された基板100の上に、バンプ70を介して搭載され、はんだリフロー等を行うことにより、基板100に実装される。
【0047】
ところで、本実施形態によれば、半導体チップ20とソルダーレジスト15との間に両者10、15の中間の熱膨張係数を有する中間層40が存在するため、半導体チップ20とインターポーザ基板10との熱膨張係数差によってソルダーレジスト15へ加わる応力が緩和される。
【0048】
そのため、本実施形態によれば、従来の半導体装置の構成に対して中間層40を介在させるのみの簡単な構成とすることができるため、ソルダーレジスト15や配線部11〜13の構成を変更することなく、ソルダーレジスト15へ加わる応力の集中を低減することができる。
【0049】
そして、半導体チップ20とインターポーザ基板10との間においてソルダーレジスト15の下に位置する配線部11、12の断線の発生を極力低減させることができる。
【0050】
また、本発明者の検討によれば、従来の半導体装置では、特に、半導体チップの端部の下およびその近傍においてソルダーレジストに大きな応力が加わり、その下の配線部が断線しやすいことがわかった。
【0051】
それに対して、本実施形態では、中間層40を半導体チップ20の面方向のサイズよりも大きいものとしている。そのため、半導体チップ20の端部とソルダーレジスト15との間に中間層40を存在させることができ、この部分における配線部11、12の断線防止に効果的である。
【0052】
(第2実施形態)
図3は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置S2としてのBGAの概略断面構成を示す図であり、図4は、図3中の破線で囲んだA部を拡大した断面図である。
【0053】
上記実施形態では、中間層40は板材を採用したが、本実施形態では、中間層80として接着剤81とこの接着剤81の膜厚を確保するためのスペーサ82とから構成されたものを採用している。そのため、本実施形態では、上記実施形態に存在していた中間層の上下の接着剤50、51(図1参照)を廃止した構成となっている。
【0054】
この中間層80の接着剤81としては、上述した接着剤と同様に、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等を主成分としたダイペースト材等を採用することができる。
本実施形態では、この接着剤81の熱膨張係数が半導体チップ20とソルダーレジスト15との中間の大きさである。
【0055】
この場合、中間層80は100μm以上の厚さが好ましいが、このように厚く接着剤81を形成すると、膜厚の確保が困難になる。そこで、本実施形態では、図4に示すように、中間層80の接着剤81中にシリカ等からなるφ100μm以上のスペーサ82を入れた構成としている。このスペーサ82により中間層80の膜厚が確保される。
【0056】
もし、スペーサ82が存在せず接着剤81のみであると、厚く形成した場合には、半導体チップ20の重さによってチップ端部へはみ出した接着剤81がチップ表面に付着したり、チップが水平に支持されない等の問題が発生する。
【0057】
そして、このような本実施形態の半導体装置S2によっても、中間層80の応力緩和作用によって上記実施形態と同様の作用効果が発揮される。
【0058】
(第3実施形態)
図5は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置S3としてのBGAの概略断面構成を示す図であり、図6は、図5中のBGAを上方から見た概略平面図である。
【0059】
本実施形態も、上記第2実施形態と同様に、中間層90として接着剤91とこの接着剤91の膜厚を確保するためのスペーサ92とから構成されたものを採用している。ここで、接着剤91は上記第2実施形態と同様のものを採用できる。
【0060】
一方、本実施形態のスペーサ92は、半導体チップ20の四隅において半導体チップ20の端部からはみ出すように配置されたブロック状のスペーサ92としている。このスペーサ92は、例えばシリコンゴム等の低弾性材料からなるもので、厚さが100μm程度のものにすることができる。
【0061】
このような中間層90では、接着剤91およびスペーサ92の両方が、その熱膨張係数が半導体チップ20とソルダーレジスト15との中間の大きさであるものになっている。
【0062】
本実施形態は、スペーサ92を接着剤91とともにソルダーレジスト15の上に搭載し、その上に半導体チップ20を搭載することで形成することができる。そして、このような本実施形態の半導体装置S3によっても、上記実施形態と同様の作用効果が発揮される。
【0063】
なお、本発明は上記したBGA以外にも、配線部の表面の一部がソルダーレジストにて被覆されたインターポーザ基板と、インターポーザ基板の表面にソルダーレジストを介して搭載された半導体チップとを備える半導体装置について、適用可能であることは上述の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体装置としてのBGA(ボールグリッドアレイ)の概略断面図である。
【図2】図1中のBGAを上方から見た概略平面図である。
【図3】本発明の第2実施形態に係る半導体装置としてのBGAの概略断面図である。
【図4】図3中の破線で囲んだA部の拡大図である。
【図5】本発明の第3実施形態に係る半導体装置としてのBGAの概略断面図である。
【図6】図5中のBGAを上方から見た概略平面図である。
【図7】従来の一般的な半導体装置の概略断面図である。
【符号の説明】
10…インターポーザ基板、11…配線、12…ボンディングパッド、
13…はんだ電極、15…ソルダーレジスト、20…半導体チップ、
40、80、90…中間層、50、51…接着剤、
81、91…中間層の接着剤、82、92…スペーサ。
Claims (5)
- 配線部(11、12、13)の表面の一部がソルダーレジスト(15)にて被覆されたインターポーザ基板(10)と、
前記インターポーザ基板の表面に前記ソルダーレジストを介して搭載された半導体チップ(20)とを備える半導体装置において、
前記半導体チップと前記ソルダーレジストとの間に、熱膨張係数が前記半導体チップと前記ソルダーレジストとの中間の大きさである中間層(40、80、90)が介在していることを特徴とする半導体装置。 - 前記中間層(40、80、90)は前記半導体チップ(20)の面方向のサイズよりも大きいものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記中間層(40、80、90)の厚さは100μm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記中間層(40)は板材であり、接着剤(50、51)を介して前記半導体チップ(20)と前記ソルダーレジスト(15)との間に固定されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 前記中間層(80、90)は、接着剤(81、91)とこの接着剤の膜厚を確保するためのスペーサ(82、92)とから構成されたものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の半導体装置。
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