JP2005228967A

JP2005228967A - 支持用金属補強板付き半導体パッケージ及びそれに用いるｔａｂ

Info

Publication number: JP2005228967A
Application number: JP2004037046A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Matsumura; 吉章松村
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Package Materials Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Package Materials Co Ltd
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】従来のＴ−ＢＧＡ組立工程を大きく変更することなく、コスト上昇を抑えて、金属補強板と配線層とを接続して金属補強板をグラウンドプレーンとすることができる支持用金属補強板付き半導体パッケージを提供する。
【解決手段】スティフナ又はヒートスプレッダをグラウンドプレーンとして用いる支持用金属補強板付き半導体パッケージである。外周部にオーバーハングした配線１０２を有するＴＡＢを用い、該ＴＡＢのオーバーハングした配線１０２をスティフナ３と接続する構造を備えている。スティフナ３の外周部に導電性接着剤１０１を設け、導電性接着剤１０１を介して前記ＴＡＢのオーバーハングした配線１０２とスティフナ３とを導通させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体装置等の電子デバイス用支持板、特に半導体チップやその他の電子部品を搭載する基材として樹脂フィルム等を使用した支持用金属補強板付きの半導体パッケージ及びそれに用いるＴＡＢに関する。

半導体装置等の電子デバイスにおいては、電子デバイス自体、もしくは電子デバイスを組み付ける各種電子機器の小型化、薄型化を図るために、フレキシブル基板やＴＡＢ（Tape Auto Bonding テープ・オート・ボンディング）実装式薄型パッケージの基材として、テープ状その他適宜形状のポリイミド等よりなる樹脂フィルムが使用されている。それらの樹脂フィルムには、一般に軟質のものが用いられる。そのため、該樹脂フィルム上に半導体チップやその他の電子部品を搭載した場合には、それらの搭載部品を支持するのに十分な強度は得られない。

また、近年の半導体パッケージの多ピン化、高密度化に伴い、半導体パッケージの回路基板への実装方式が、従来のＱＦＰ（Quad Flat Package クォード・フラット・パッケージ）を代表とする周辺リード型の面実装からＢＧＡ（Ball Grid Array ボール・グリッド・アレイ）に代表される格子端子配置型の面実装へと移行しつつある。また、ＢＧＡの基材においても、上述の樹脂フィルムが広く使用されるようになっている。しかるに、格子端子配置型実装による半導体パッケージの場合、格子状に配列された半田ボールをマザーボードと良好に接触させるために、従来のＱＦＰ等の周辺リード型の面実装による半導体パッケージに比べて、パッケージ自体の平坦性を良くする必要がある。

以上述べた半導体パッケージの強度や平坦性を確保するために、従来、樹脂フィルムを用いた格子端子配置型の半導体パッケージでは、樹脂フィルムを支持するための金属補強板が用いられている。樹脂フィルム支持用の金属補強板と樹脂フィルムとは、一般に接着剤で接着される。接着剤としては、一般的に、アクリル系感圧タイプ、エポキシ系熱硬化タイプ、ポリイミド系熱可塑タイプ等、それぞれパッケージに応じた接着剤が用いられている。これらフレキシブルな樹脂基板を用いたＢＧＡパッケージを、一般にＴ−ＢＧＡ（Tape-BGA）と呼ぶ。

通常、Ｔ−ＢＧＡには上述したＴＡＢが用いられる。ＴＡＢは、１層配線板（金属の配線層を１層のみ有する樹脂基板）構造となっている。
しかるに、Ｔ−ＢＧＡの分野においても、チップの小型化・高速化が顕著に進行しており、１層配線板構造のＴＡＢを用いたＴ−ＢＧＡでは、グランドバウンスノイズが問題とされることが多くなってきている。
このノイズ問題に対しては、ＴＡＢを２層化する方法が考えられるが、それでは部材コストが著しく上昇する。このため、２層化した構造のＴＡＢは、極めて特殊な分野での採用に留まっている。

また、上述の金属補強板をグラウンドプレーンとして利用する傾向も、例えば次の特許文献１，２に記載のように、活発化してきている。
特許第３２３９８７４号公報特開２００１−２６７４５７号公報

例えば、特許文献１には、絶縁性の配線層にスルーホールを設け、絶縁性の配線層を金属補強板にＡｇペースト等の導電材料を用いて貼り付け、該スルーホールを通る前記Ａｇペースト等を介して配線層を金属補強板に電気的に接続することにより該金属補強板をグランドプレーンとする方法が開示されている。

また、第２の例として、特許文献２に記載の半導体パッケージでは、半導体チップから直接ワイヤーボンディングにより金属補強板に接続し、半田ボールを直接金属補強板へ接続することによって金属補強板をグラウンドプレーン化し、電気特性の改善を図っている。

しかし、特許文献１に記載の方法のように、金属補強板と配線層として使用されるＴＡＢとの接続にＡｇペースト等の導電材料を用いたのでは、従来の一般的な接着剤を用いる方法に比べて信頼性の低下や極めて大きなコスト上昇を招いてしまう。コスト上昇が許されるならば、２層化したＴＡＢを使用すればよく、金属補強板をグラウンドプレーンとして使用する意義が極めて薄くなる。

他方、特許文献２に記載の半導体パーケージによれば、ＴＡＢと金属補強板との接着に従来の接着剤を使用でき、信頼性の低下は無いと考えられる。
しかし、特許文献２に記載の半導体パーケージでは、金属補強板に部分メッキ処理を施す必要が生じ、しかも、半田ペーストの印刷・充填工程を追加する必要があるため、コスト上昇が避けられない。

このように、従来のＴ−ＢＧＡにおいては、金属補強板をグラウンドプレーンとして使用するためには、新規工程の追加や高価な素材を用いることによるコスト上昇を避けることが出来ないといった問題があった。

本発明はこのような課題に対してなされたものであり、従来のＴ−ＢＧＡ組立工程を大きく変更することなく、コスト上昇を抑えて、金属補強板と配線層とを接続して金属補強板をグラウンドプレーンとすることができる支持用金属補強板付き半導体パッケージを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明による支持用金属補強板付き半導体パッケージは、スティフナ又はヒートスプレッダをグラウンドプレーンとして用いる支持用金属補強板付き半導体パッケージにおいて、外周部にオーバーハングした配線を有するＴＡＢを用い、該ＴＡＢのオーバーハングした配線を前記スティフナ又はヒートスプレッダと接続する構造を備えたことを特徴としている。

また、本発明の支持用金属補強板付き半導体パッケージにおいては、前記スティフナ又はヒートスプレッダの外周部に導電性接着剤を設け、該導電性接着剤を介して前記ＴＡＢのオーバーハングした配線と前記スティフナ又はヒートスプレッダとを導通させることを特徴としている。

また、上記発明の半導体パッケージに使用するＴＡＢは、ポリイミド基板の外周部にスティフナ又はヒートスプレッダと接続するための、オーバーハングした形状の配線を有することを特徴としている。

本発明によれば、金属補強板をグラウンドプレーンとして利用するＴ−ＢＧＡパッケージにおいて、従来のＴ−ＢＧＡ組立工程を大きく変更することなく、金属補強板と配線層を接続することができる。

実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明による支持用金属補強板付き半導体パッケージによれば、金属補強板と配線層との接続に際し、金属補強板（スティフナ又はヒートスプレッダ）の所定箇所に導電性接着剤を付与する以外に、従来の接着剤を用いたＴ−ＢＧＡの組立工程を変更する必要がなく、組立コストの上昇を抑えることができる。

本発明のＴ−ＢＧＡの作用効果をより詳しく説明するために、従来の従来のＴ−ＢＧＡパッケージの代表的な構成例を図１〜図４に示す。
図１〜図３は夫々従来のＴ−ＢＧＡの構成例を示す断面図、図４は従来のＴ−ＢＧＡに用いるＴＡＢの一配線例を示す平面図である。
図１のＴ−ＢＧＡパッケージは、フライングリード接続の２層タイプの構成となっている。
即ち、図１のＴ−ＢＧＡパッケージでは、ポリイミド基板８に第２の接着剤９を介して半導体チップ４の外周部に設けられたフライングリードとしての銅配線１０が接着されている。ポリイミド基板８の銅配線１０と反対側には、第１の接着剤９を介して平板状のスティフナ３が接続されている。さらに、スティフナ３のポリイミド基板８と反対側には、第１の接着剤９を介して平板状のヒートスプレッダ１が接着されている。また、ヒートスプレッダ１には、ダイアタッチ樹脂５を介して半導体チップ４が接続されている。また、ポリイミド基板８には、図示しない開口部が設けられており、その開口部に半田ボール７が設けられている。銅配線１０は、半田ボール７を介してスティフナ３と電気的に接続されている。さらに、半導体チップ４の銅配線側の面の周囲及び銅配線１０の一部は、封止樹脂６で封止されている。

図２のＴ−ＢＧＡパッケージは、フライングリード接続の１層タイプの構成となっている。
即ち、図２のＴ−ＢＧＡパッケージでは、スティフナ３は、中央部がコの字状曲がって形成されている。ポリイミド基板８及び半導体チップ４には、第１の接着剤９を介して、スティフナ３が接続されており、ヒートスプレッダ、及びダイアタッチは設けられていない。その他の構成は、図１の構成とほぼ同じである。

図３のＴ−ＢＧＡパッケージは、ワイヤーボンディング接続タイプの構成となっている。
即ち、Ｔ−ＢＧＡパッケージでは、半導体チップ４と銅配線１０は、ワイヤ１１を介して接続されている。半導体チップ４のワイヤ側の面及び銅配線１０の一部は、封止樹脂６で封止されている。また、ヒートスプレッダ１が、中央部に凹溝を有して形成されている。ポリイミド基板８には、第１の接着剤９を介して、ヒートスプレッダ１の外周部が接続されており、スティフナは設けられていない。また、ヒートスプレッダ１の凹溝の底面は、ダイアタッチ５を介して半導体チップ４と接続されている。その他の構成は、図１の構成とほぼ同じである。

図４に上記図１〜図３に示したＴ−ＢＧＡに用いるＴＡＢの配線例を示す。なお、図４ではフライングリードタイプのＴＡＢで示してある。
図４において、１２は半田ボール７を設けるためのボールパッドである。１３はフライングリードであり、各例における銅配線１０（図１、図２）又は銅配線１０及びボンディングワイヤ１１（図３）に相当する部分である。１４はポリイミド基板８の中央部に設けられた、半導体チップ４を収納するためのデバイスホールである。

そして、これら従来のＴ−ＢＧＡの代表的な組立工程は、スティフナの製造、ＴＡＢの製造、半導体チップとＴＡＢとの接続、各部品の貼り合わせ、半田ボールの接続やキュア等の組立に分けられる。スティフナは多くの場合、部品貼り合わせ用の接着剤を金属補強板へ貼り付けた状態で供給される。

これに対し、本発明のＴ−ＢＧＡでは、後述のように、例えば、図５〜図６に示すように所定位置に導電性接着剤１０１を追加するだけでよく、例えば図１に示した従来のスティフナとポリイミド基板８との接着剤貼付工程を２回行うことでスティフナのグラウンドプレーン化を実現でき、本発明によるスティフナの為の特別な装置・工程は必要ない。なお、各部品の貼り合わせは、接着剤のついたスティフナの接着剤面にＴＡＢテープを位置合わせして設置し、ゴムなどの柔軟な素材により加圧することで行われることが一般的である。

図５は本発明の一実施形態にかかるＴ−ＢＧＡの断面図、図６は図５の部分拡大図、図７は本発明の他の実施形態にかかるＴ−ＢＧＡの断面図、図８は本発明のさらに他の実施形態にかかるＴ−ＢＧＡの断面図、図９は本発明のＴ−ＢＧＡに用いるＴＡＢの一配線例を示す平面図である。
図５のＴ−ＢＧＡパッケージは、図１に示したＴ−ＢＧＡパッケージに対応するものであり、フライングリード接続の２層タイプの構成となっている。そして、図６に示すように、図１で示した銅配線１０が外周部にオーバーハングした形状のリード１０２として形成されている。また、リード１０２のオーバーハングした配線部分が、導電性接着剤１０１を介してスティフナ３の外周部に接着されている。その他の構成は、図１に示したＴ−ＢＧＡパッケージとほぼ同じである。

図７のＴ−ＢＧＡパッケージは、図２に示したＴ−ＢＧＡパッケージに対応するものであり、フライングリード接続の１層タイプの構成となっている。そして、図５のＴ−ＢＧＡパッケージと同様に、図２で示した銅配線１０が外周部にオーバーハングした形状のリード１０２として形成されている。また、リード１０２のオーバーハングした配線部分が、導電性接着剤１０１を介してスティフナ３の外周部に接着されている。その他の構成は、図２に示したＴ−ＢＧＡパッケージとほぼ同じである。

図８のＴ−ＢＧＡパッケージは、図３に示したＴ−ＢＧＡパッケージに対応するものであり、ワイヤーボンディング接続タイプの構成となっている。そして、図３で示した銅配線１０が外周部にオーバーハングした形状のリード１０２として形成されている。また、リード１０２のオーバーハングした配線部分が、導電性接着剤１０１を介してヒートスプレッダ１の外周部に接着されている。その他の構成は、図３に示したＴ−ＢＧＡパッケージとほぼ同じである。

図９は上記図５〜図８に示した本発明の実施形態にかかるＴ−ＢＧＡに用いるＴＡＢの配線例を示している。
図９において、１０２は金属補強板との接続用のＴＡＢ外周部のリード、１０３はＴＡＢ外周部を１周する集電配線、１０４はボールパッド１２より集電配線へ接続するための配線である。
上記実施形態による本発明のＴ−ＢＧＡによれば、ＴＡＢと金属補強板とを接続する場合、部品の貼り合わせ工程で加圧する隙に、図５〜図９に示したＴＡＢ外周部のリード１０２が導電性接着剤１０１に押しつけられることにより接続が完了するため、接続に特別な作業を要しない。また、ＴＡＢの製造も、図９に示すように、通常の設計変更の範囲内であるため、コスト上昇はない。また、ＴＡＢの外周部に集電用配線１０３を準備することで、任意のボールパッドを介して外周部のリード１０２へ接続することが可能となる。加えて、外周部のリード１０２を幅広に形成することで、接続信頼性、組立時の歩留まりを上げることが可能となる。

また、上記実施形態による本発明のＴ−ＢＧＡによれば、ＴＡＢと金属補強板とがパッケージ外周部分で接続されるため、外部ノイズからの遮蔽効果などが期待できる。この接続方法と合わせて、上述のワイヤーボンディング方法などを用い、半導体チップ近傍での接続を合わせて行いれば、さらなる電気特性改善を行うことも可能である。

外形４０ｍｍ角のスティフナ（厚み０．３５ｍｍ、銅合金製、表面にＮｉメッキ２μｍ）を準備し、対向２辺に長さ３５ｍｍ、幅２ｍｍの導電性接着剤（住友３Ｍ社製ＸＳ４０、２０μｍ厚）を貼り付け、他の場所には３Ｍ製接着剤１５９２（５０μｍｔ）を粘り付けた。以上で準備した接着剤付きスティフナへ外周２辺に外部リードを有するＴＡＢを位置合わせし、硬度２０のフラットなゴム（厚み５ｍｍ）で上部より加熱加圧した（温度１４０℃、時間１分、圧力１５０kg／１６ｃｍ²）。用いたＴＡＢは１２５μｍ厚のポリイミド、２５μｍの銅箔からなり、ポリイミドの外周サイズは４０ｍｍ×３６ｍｍとした。接続用外周リードはポリイミドからのオーバーハング長を３ｍｍとし、幅を３５ｍｍとして、スティフナに設けた導電性接着剤と位置合わせを行った。上記ＴＡＢ及びスティフナを粘り合わせた後、１５０℃、２時間の大気中にて接着剤の硬化を行った。本実施の結果、接続部分に剥がれは無く、導電性が確保できていることが確かめられた。

従来のＴ−ＢＧＡパッケージの一構成例を示す断面図である。従来のＴ−ＢＧＡパッケージの他の構成例を示す断面図である。従来のＴ−ＢＧＡパッケージのさらに他の構成例を示す断面図である。従来のＴ−ＢＧＡパッケージに用いるＴＡＢの一配線例を示す説明図である。本発明の一実施形態にかかるＴ−ＢＧＡの断面図である。図５の部分拡大図である。本発明の他の実施形態にかかるＴ−ＢＧＡの断面図である。本発明のさらに他の実施形態にかかるＴ−ＢＧＡの断面図である。本発明によるＴＡＢの一配線例を示す平面図である。

符号の説明

１ヒートスプレッダ
２第１の接着剤
３スティフナ
４半導体チップ
５ダイアタッチ樹脂
６封止樹脂
７半田ボール
８ポリイミド基板
９第２の接着剤
１０銅配線
１１ボンディングワイヤ
１２ボールパッド
１３フライングリード
１４デバイスホール
１０１導電性接着剤
１０２金属補強板との接続用のＴＡＢ外周部リード
１０３ＴＡＢ外周部を１周する集電用配線
１０４ボールパッドより集電配線へ接続するための配線

Claims

スティフナ又はヒートスプレッダをグラウンドプレーンとして用いる支持用金属補強板付き半導体パッケージにおいて、
外周部にオーバーハングした配線を有するＴＡＢを用い、該ＴＡＢのオーバーハングした配線を前記スティフナ又はヒートスプレッダと接続する構造を備えたことを特徴とする支持用金属補強板付き半導体パッケージ。
前記スティフナ又はヒートスプレッダの外周部に導電性接着剤を設け、該導電性接着剤を介して前記ＴＡＢのオーバーハングした配線と前記スティフナ又はヒートスプレッダとを導通させることを特徴とする請求項１に記載の支持用金属補強板付き半導体パッケージ。
請求項１に記載の半導体パッケージに用いるＴＡＢであって、ポリイミド基板の外周部に、スティフナ又はヒートスプレッダと接続するための、オーバーハングした形状の配線を有することを特徴とするＴＡＢ。