JP2007157865A

JP2007157865A - 半導体装置及びその製造方法

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Application number: JP2005348638A
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Inventors: Hisafumi Tanie; 尚史谷江
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Current assignee: Hitachi Ltd
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Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-06-21
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Abstract

【課題】半導体装置において、安価で容易に、実装基板の半導体パッケージ搭載部の熱変形量を減少すること。
【解決手段】半導体装置は、半導体素子３を備えた半導体パッケージ７が実装基板１に搭載されている。実装基板１は、実装基板１の半導体パッケージ搭載部を挟むようにその両側に設けられ且つ線膨張係数が異方性を持った少なくとも２つの異方性領域２ａを備える。異方性領域２ａは、異方性領域における半導体パッケージ搭載部４の中央部に向かう方向の線膨張係数がその方向に直交する実装基板面内方向の線膨張係数よりも大きく且つ半導体パッケージ搭載部４における異方性領域の方向に向かう方向の線膨張係数よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関するものである。

半導体装置では、半導体素子を備えた半導体パッケージを実装基板の表面に接合する構造が広く実用化されている。この構造において、温度変化による半導体パッケージと実装基板との接続部の信頼性低下を防止するためには、半導体パッケージと実装基板の熱変形量差を小さくすることが有効であることが知られている。実装基板の熱変形量を減少させて半導体パッケージとの熱変形量差を小さくする技術として、実装基板のコア材として線膨張係数の小さい金属材料を用いる技術が特開２００２−３３５０５７号公報（特許文献１）に開示されている。

特開２００２−３３５０５７号公報

半導体素子の主材料であるシリコンと比べて、実装基板に多く用いられるガラス繊維を含むエポキシ樹脂は線膨張係数が大きい。そのため、半導体素子を備えた半導体パッケージを実装基板上に接合した半導体装置に温度変化が生じた場合には、半導体パッケージよりも実装基板の熱変形量が大きくなり、この熱変形量差によって半導体パッケージと実装基板の接続部にひずみが発生する。接続部のひずみが大きい場合には接続部の疲労破断などの不具合発生が懸念されることから、実装基板の熱変形量を減少させることが求められる。実装基板の熱変形量を減少する方法の１つとして、特許文献１のように実装基板の材料を線膨張係数の小さい材料へ変更することが提案されている。しかしながら、この特許文献１では、材料費の上昇が懸念されることや、新規な材料を用いることで製造上や管理上の面倒な課題が発生することが懸念される。

本発明の目的は、安価で容易に、実装基板の半導体パッケージ搭載部の熱変形量を減少することができる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、半導体素子を備えた半導体パッケージが実装基板に搭載された半導体装置において、前記実装基板の半導体パッケージ搭載部を挟むようにその両側に設けられ且つ線膨張係数が異方性を持った少なくとも２つの異方性領域を前記実装基板に備え、前記異方性領域における前記半導体パッケージ搭載部の中央部に向かう方向の線膨張係数がその方向に直交する実装基板面内方向の線膨張係数よりも大きく且つ前記半導体パッケージ搭載部における異方性領域方向に向かう方向の線膨張係数よりも大きいことである。

係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）ガラス繊維を含む樹脂を前記実装基板の材料として用い、前記異方性領域における前記半導体パッケージ搭載部に向かう方向のガラス繊維の長さをその方向に交差する方向のガラス繊維の長さよりも短くしたこと。
（２）ガラス繊維を含む樹脂を前記実装基板の材料として用い、前記異方性領域における前記半導体パッケージ搭載部に向かう方向のガラス繊維の量をその方向に交差する方向のガラス繊維の量よりも少なくしたこと。
（３）前記異方性領域の半導体パッケージ搭載部側の辺が前記半導体パッケージ搭載部の対応する辺よりも両側に長く形成されていること。
（４）前記異方性領域が前記半導体パッケージ搭載部の前後と左右の両側にそれぞれ設けられた２組で前記半導体パッケージ搭載部を取り囲むように構成されていること。
（５）前記（４）に加えて、前記異方性領域における前記半導体パッケージ搭載部に近い側の辺が半導体パッケージ搭載部の対応する辺とほぼ同じ長さに形成されると共にその遠い側の辺が前記近い側の辺よりも長く形成されていること。
（６）前記半導体パッケージ搭載部が複数並置され、これらの半導体パッケージ搭載部の間に位置する領域を前記異方性領域としたこと。

また、本発明の第２の態様は、半導体素子を備えた半導体パッケージを実装基板上に接合して搭載する半導体装置の製造方法において、前記実装基板の半導体パッケージ搭載部を挟むように、前記半導体パッケージ搭載部の中央部に向かう方向の線膨張係数がその方向に直交する実装基板面内方向の線膨張係数よりも大きく且つ前記半導体パッケージ搭載部における異方性領域方向に向かう方向の線膨張係数よりも大きい少なくとも２つの異方性領域を設けた後、前記実装基板の半導体パッケージ搭載部上に前記半導体パッケージを接合することである。

係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）ガラス繊維を含む樹脂で形成したプリプレグを複数枚積層して前記実装基板を形成すること。
（２）前記（１）に加えて、前記複数枚のプリプレグのうちの少なくとも１枚における前記半導体パッケージ搭載部に向かう方向のガラス繊維の長さがその方向に交差する方向のガラス繊維の長さよりも短くなるように切断した後、前記複数枚のプリプレグを重ねて熱硬化することにより前記短く切断されたガラス繊維領域を前記異方性領域とすること。
（３）直交する２方向のガラス繊維を有するガラス繊維シートを含むエポキシ樹脂で前記複数枚のプリグレフを形成し、前記複数枚のプリプレグのうちの少なくとも１枚における前記ガラス繊維の直交する何れかの方向に沿って前記ガラス繊維シートに切れ目を入れて１方向のガラス繊維の長さを短くした後、前記複数枚のプリプレグを重ねて熱硬化することにより前記短く切断されたガラス繊維領域を前記異方性領域とすること。
（４）１方向のガラス繊維を含む樹脂で前記複数枚のプリグレフを形成し、これらのプリプレグのうちの少なくとも１枚における前記異方性領域に相当する部分を切除した後に、これらのプリプレグを前記ガラス繊維の方向が異なるように積層して前記異方性領域を形成すること。

本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、安価で容易に、実装基板の半導体パッケージ搭載部の熱変形量を減少することができる

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図１０を用いて説明する。

図１は第１実施形態を示す半導体装置の模式図である。実装基板１は、ガラス繊維を含有するエポキシ樹脂を主材料として、１層以上のＣｕ配線層を持つ積層構造で構成されている。四角形状の半導体パッケージ搭載部４には、実装基板平面図に示すように、半導体パッケージ１との電気的導通をとるための金属製のランド５が複数個設けられている。

半導体パッケージ搭載部４のｘ方向両側には、ｘ方向の線膨張係数が半導体パッケージ搭載部４よりも大きく、ｙ方向の線膨張係数が半導体パッケージ４と同等の異方性領域２ａが設けられている。また、半導体パッケージ搭載部４のｙ方向両側には、ｙ方向の線膨張係数が半導体パッケージ搭載部４よりも大きく、ｘ方向の線膨張係数が半導体パッケージ４と同等の異方性領域２ｂが設けられている。すなわち、異方性領域２ａ、２ｂは、半導体パッケージ搭載部４の前後と左右の両側にそれぞれ設けられた２組で構成され、半導体パッケージ搭載部４を取り囲むように構成されている。異方性領域２ａ、２ｂは、異方性領域２ａ、２ｂにおける半導体パッケージ搭載部４に近い側の辺が半導体パッケージ搭載部４の対応する辺とほぼ同じ長さに形成されると共にその遠い側の辺が近い側の辺よりも長く形成され、略台形状に形成されている。また、半導体パッケージ搭載部４から離れた領域６の線膨張係数はｘ方向、ｙ方向共に半導体パッケージ搭載部４と同等である。なお、ｘ、ｙ、ｚ方向は一般的な幾何学的方向を表し、ｘ、ｙ方向は実装基板面内方向を表している。

本実施形態において、実装基板１に搭載される半導体パッケージ７は、半導体パッケージ基板１０の上面に半導体素子３を接続してモールドレジン８で封止し、半導体パッケージ基板１０下面にはんだボール９を接合したボールグリッドアレイ形式の構造である。半導体パッケージ７のはんだボール９と実装基板１表面のランド５を接合することで半導体パッケージ７と実装基板１の電気的導通をとり、半導体装置として動作させることができる。なお、図中の異方性領域２ａ、２ｂ中に描かれている縦縞や横縞は異方性領域２ａ、２ｂの領域を示す記号であり、ガラス繊維を示すものではない。

本実施形態では、実装基板１は場所によって線膨張係数が異なり、半導体パッケージ搭載部４の周囲では異方性を持つ。この様な線膨張係数の位置依存性および異方性を実現するために本実施形態が持つ特徴を、一般的に用いられるガラスエポキシ樹脂基板との対比で図２に示す。

図２（ａ）には、一般的に用いられるガラスエポキシ樹脂基板を構成するｘ方向のガラス繊維、ｙ方向のガラス繊維、エポキシ樹脂をビジュアル的に示す。一般的に用いられるガラスエポキシ樹脂基板は、ｘ、ｙの２方向に配置されたガラス繊維を編みこんで作成されたガラスクロスと、このガラスクロスの隙間を埋めるエポキシ樹脂で構成される。なお、実際の実装基板１には当然配線やビアなども存在するが、ここではこれらを省略してガラスエポキシ樹脂材料に着目して本実施形態の特徴を説明する。ガラス繊維はエポキシ樹脂よりも線膨張係数が小さいことから、ガラス繊維が多く含まれる位置や方向ほどガラス繊維とエポキシ樹脂の複合材料としての線膨張係数が小さくなる。ところが、一般的に用いられるガラスエポキシ樹脂基板では、ガラス繊維の配置に位置や方向の依存性がないため、線膨張係数は位置や方向に依存せず、ばらつきの範囲で同じである。

一方、図２（ｂ）に示す本実施形態を備えたガラスエポキシ樹脂基板では、ｘ方向に配置されたガラス繊維は半導体パッケージ搭載部４のｙ方向両側が除去され、ガラス繊維の無い領域がある。また、ｙ方向に配置されたガラス繊維は半導体パッケージ搭載部４のｘ方向両側が除去されている。この様に一部分が除去されたガラス繊維が編みこまれたガラスクロスの隙間をエポキシ樹脂で埋めることで、ガラスエポキシ樹脂基板が構成されている。このとき、ガラスクロスが除去された部分にはエポキシ樹脂を充填することで、実装基板１の内部に大きな空孔が発生することを防ぐことができる。このような組み合わせによる異方性領域２ａ、２ｂでは、異方性領域２ａ、２ｂにおける半導体パッケージ搭載部４に向かう方向のガラス繊維の量がその方向に交差する方向のガラス繊維の量よりも少なくなっている。

図３は図２（ｂ）のガラス繊維形状を持つ実装基板１の各領域４、２ａ、２ｂ、６の線膨張係数の大小関係を模式的に示す図である。半導体パッケージ搭載部４や半導体パッケージ搭載位置から離れた領域６（換言すれば、異方性領域２ａ、２ｂを除く領域）では、ｘ方向ｙ方向共にガラス繊維が配置されているため、実装基板１の線膨張係数は図２（ａ）に示す一般的に用いられるガラスエポキシ樹脂基板と同等である。一方、半導体パッケージ搭載部４のｘ方向両側には、ｙ方向のみガラス繊維を持ち、ｘ方向のガラス繊維を持たない異方性領域２ａがある。この異方性領域２ａでは、ｙ方向については一般的に用いられるガラスエポキシ樹脂基板とガラス繊維が同じであるため線膨張係数は同等であるが、ｘ方向についてはガラス繊維が無いので線膨張係数が大きくなると共に、縦弾性係数は小さくなる。さらに、半導体パッケージ搭載部４のｙ方向両側には、ｘ方向のみガラス繊維を持ち、ｙ方向のガラス繊維を持たない異方性領域２ｂがある。この異方性領域２ｂでは、ｘ方向については一般的に用いられるガラスエポキシ樹脂基板と線膨張係数は同等であるが、ｙ方向については線膨張係数が大きくなると共に、縦弾性係数は小さくなる。

図４および図５を用いて本実施形態による半導体パッケージ搭載部４の熱変形量減少メカニズムを説明する。

図４は本実施形態を構成する実装基板１が温度上昇したときに実装基板１内部に発生する応力の分布を示す図である。

図４（ａ）はｘ方向垂直応力の分布を示す。半導体パッケージ搭載部４では、圧縮応力が発生している。この圧縮応力発生のメカニズムは以下の通りである。温度上昇によって実装基板１の各部分が熱膨張するが、このとき半導体パッケージ搭載部４の周囲ｘ方向にある異方性領域２ａは、半導体パッケージ搭載部４や半導体パッケージ搭載部４から離れた領域６よりもｘ方向の線膨張係数が大きいことから、ｘ方向により大きく膨張しようとする。しかし、周りを半導体パッケージ搭載部４や半導体パッケージ搭載部から離れた領域６を構成する材料で囲まれていることから、自由に熱膨張することはできず、異方性領域２ａがその周囲（すなわち、半導体パッケージ搭載部４）をｘ方向に押し付ける。この結果、半導体パッケージ搭載部４は左右両側から押し付けられて圧縮応力が発生する。このとき、図４（ｂ）に示すｙ方向についても同様のメカニズムが作用することから、半導体パッケージ搭載部４はｙ方向にも両側から押し付けられて圧縮応力が発生する。これら圧縮応力によって、半導体パッケージ搭載部４の熱膨張量の一部が打ち消されるので、半導体パッケージ搭載部４の熱変形量は減少する。

一方、温度降下時には、温度上昇の場合とは逆のメカニズムによって半導体パッケージ搭載部４に引張り応力が発生することで熱収縮量の一部が打ち消されるので、半導体パッケージ搭載部４の熱変形量は減少する。

図５に、温度が１℃上昇したときに発生するひずみ量の分布を示す。均質な材料であればこの値は材料の線膨張係数と一致することから、以後この値を「見かけの線膨張係数」と称する。

図５（ａ）にｘ方向の見かけの線膨張係数を示す。半導体パッケージ搭載部４の見かけの線膨張係数は、異方性領域の影響が小さいと考えられる領域６の見かけの線膨張係数と比較して小さい。これは、半導体パッケージ搭載部４が温度上昇時に圧縮されることで熱膨張量が小さくなるためである。この様に、本実施形態によって半導体パッケージ搭載部４の見かけの線膨張係数が減少することが確認できる。一方、半導体パッケージ搭載部４の周囲にある異方性領域２ａの見かけの線膨張係数は非常に大きい。これは、この領域ではｘ方向のガラス繊維を持たないことからｘ方向の線膨張係数が非常に大きいためである。ただし、半導体パッケージ７と実装基板１の接続部の信頼性を支配するのは半導体パッケージ搭載部４における見かけの線膨張係数であり、半導体パッケージ７が搭載されない領域における見かけの線膨張係数が大きくても接続部の信頼性には寄与しないため、信頼性上の問題は生じない。図５（ｂ）にｙ方向の見かけの線膨張係数を示す。ｙ方向についても、ｘ方向と同様に半導体パッケージ搭載部４の見かけの線膨張係数が減少することが確認できる。

以上から、本実施形態によって、ｘ方向とｙ方向いずれについても、半導体パッケージ搭載部４の見かけの線膨張係数が減少し、半導体パッケージ７と実装基板１との接続部の信頼性を向上できる。

図６は本実施形態の効果を定量的に示す図である。本実施形態の効果は、半導体パッケージ搭載部４の寸法と異方性領域２ａ、２ｂの寸法によって変化する。半導体パッケージ搭載部４の寸法をＬ１、半導体パッケージ搭載部４の両側に位置する異方性領域２ａの外側間の距離をＬ２とし、両者の比を変化させたときの、半導体パッケージ搭載部４の見かけの線膨張係数を図６に示す。このとき、寸法Ｌ２の値を固定とし、寸法Ｌ１を変化させて効果を確認した。また、各材料の物性値は、ガラス繊維がある方向については等方性のガラスエポキシ樹脂基板の値、ガラス繊維がない方向についてはエポキシ樹脂の値を用いた。したがって、ガラス繊維のない方向は、ガラス繊維のある方向と比べて、線膨張係数が大きく縦弾性係数が小さい。

図６のグラフにおいて、Ｌ１／Ｌ２の値が１の条件は異方性領域２ａ、２ｂが無い条件、すなわち本発明を備えない等方性のガラスエポキシ樹脂基板の条件である。等方性のガラスエポキシ樹脂基板では半導体パッケージ搭載部１の見かけの線膨張係数（等方性であるので材料自体の線膨張係数と一致する）が１６ｐｐｍ／Ｋであるのに対して、Ｌ１／Ｌ２を小さくすることで半導体パッケージ搭載部４の見かけの線膨張係数が減少し、例えばＬ１／Ｌ２＝１／３の条件（半導体パッケージ搭載部４の寸法と各異方性領域２ａ、２ｂの寸法が同じ条件）では見かけの線膨張係数が８ｐｐｍ／Ｋと本発明を備えない条件の半分まで減少している。さらにＬ１／Ｌ２を小さくすることで、見かけの線膨張係数を半導体素子の主材料であるシリコンの線膨張係数以下にすることも可能であることが確認できる。

次に、図７を用いて、本実施形態を備えた半導体装置の第１の製造方法を説明する。

この第１の製造方法では、１方向に配置されたガラス繊維を含有するエポキシ樹脂を半硬化させた一方向プリプレグ９１を複数枚用いることで本実施形態を備えた実装基板１を製造する。初めに、ｘ方向のみにガラス繊維が配置された一方向プリプレグ９１と、ｙ方向のみにガラス繊維が配置された一方向プリプレグ９１とを作製する。次に、ｘ方向のみにガラス繊維が配置された一方向プリプレグ９１の半導体パッケージ搭載部４のｙ方向両側に位置する領域２１と、ｙ方向のみにガラス繊維が配置された一方向プリプレグ９１の半導体パッケージ搭載部４のｘ方向両側に位置する領域２１を除去する。次に、これら２枚のプリプレグ９１を積層する。さらに、これらのプリプレグ９１に含まれるエポキシ樹脂を熱硬化させることで本実施形態の異方性領域２ａ、２ｂを備えた実装基板１の製造が可能となる。

この第１の製造方法では、半導体パッケージ搭載部４の周囲の一方向プリプレグ９１の一部を除去する際に、ガラス繊維だけでなくエポキシ樹脂も除去したが、ガラス繊維のみを除去あるいは減少させることでも、本発明の効果を得ることができる。また、この第１の実施形態では２枚のプリプレグ９１を積層したが、さらに多くの枚数のプリプレグ９１を積層すると厚さ方向における材料の異方性が小さくなることから、実装基板の反り変形を低減できる。

次に、図８を用いて、本実施形態を備えた半導体装置の第２の製造方法を説明する。

この第２の製造方法でも第１の製造方法と同様に、１方向に配置されたガラス繊維を含有するエポキシ樹脂を半硬化させた一方向プリプレグ９１を複数枚用いることで本実施形態を備えた実装基板を製造する。初めに、ｘ方向のみにガラス繊維が配置された一方向プリプレグ９１の半導体パッケージ搭載部４のｙ方向両側に位置する領域２１と、ｙ方向のみにガラス繊維が配置された一方向プリプレグ９１の半導体パッケージ搭載部４のｘ方向両側に位置する領域２１と、を除去する点は第１の製造方法と同様である。第１の製造方法との相違点は、除去されて空間となっている領域２１に、除去した領域２１と同じ外形の樹脂を重点部材８１として配置することで空間を埋める点である。この第２の製造方法では、積層されたプリプレグ９１の内部に大きな空間が出来ることを防止できるため、エポキシ樹脂を熱硬化させる際のボイドの発生をより防ぎ易い。さらに、空間を埋める樹脂８１に除去したガラス繊維と直交する方向のガラス繊維を含有させれば、本発明の効果をより大きくすることができる。

次に、図９を用いて、本実施形態を備えた半導体装置の第３の製造方法を説明する。

この第３の製造方法では、初めにｘ、ｙ方向それぞれに直交するように配置されたガラス繊維が編みこまれたガラスクロスを含有するエポキシ樹脂を半硬化させたプリプレグ９１を作成する。次に、半導体パッケージ搭載部４のｙ方向両側に位置するプリプレグ９１をｘ方向に複数回、レーザを用いて切断線９２のように切断する。ガラス繊維の切断が可能であれば、他の切断方法を用いることも可能である。

この様にプリプレグ９１をｘ方向に切断することで、プリプレグ９１内部のｙ方向繊維が短く切断されてプリプレグ９１の熱変形を抑える効果が減少するので、この領域のプリプレグ９１のｙ方向線膨張係数を大きくすることができる。一方、ｘ方向に配置されたガラス繊維は切断されないので、この領域のプリプレグ９１のｘ方向線膨張係数が大きくなることはない。この結果、この切断した周囲の領域のプリプレグ９１の線膨張係数に異方性を持たすことができる。次に、半導体パッケージ搭載部４のｘ方向両側に位置するプリプレグ９１をｙ方向に複数回切断する。この様にプリプレグ９１を切断することで、上記と同様のメカニズムでこの領域のプリプレグ９１のｘ方向線膨張係数を大きくすることができる。次いで、エポキシ樹脂を熱硬化させることで、実装基板１が完成する。このとき、温度上昇によって硬化前のエポキシ樹脂の流動性が高まるので、プリプレグ９１の切断部分にエポキシ樹脂が流れ込み、実装基板１に穴ができることを防ぐことができる。

なお、プリプレグ９１の切断の際に、図９（ｂ）や（ｃ）に示す位置を切断しても、同様の効果を得ることができる。図９（ｂ）や（ｃ）に示す切断を行うためには、切断過程において切断方向を変換する必要があるが、その分切断回数を減少することができるという特徴がある。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１０を用いて説明する。図１０は本発明の第２実施形態の半導体装置を説明する図であり、図１０（ａ）は第２実施形態の半導体装置の実装基板の平面模式図、図１０（ｂ）は第２実施形態の半導体装置の側面図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第２実施形態では、１枚の実装基板１に複数個の半導体パッケージ７が搭載されている。実装基板１に存在する複数の半導体パッケージ搭載部４の熱変形量を減少するため、この第２実施形態ではｘ方向の線膨張係数が大きい異方性領域２ａ、ｙ方向の線膨張係数が大きい異方性領域２ｂがそれぞれの半導体パッケージ搭載部４の周囲に位置する様に複数設けられていることを特徴とする。

この第２実施形態によれば、複数の半導体パッケージ７を搭載することが可能であると共に、任意の半導体パッケージ搭載部４を用いて半導体パッケージ７を搭載することにより設計自由度を向上することができる。また、複数の半導体パッケージ搭載部４の間の異方性領域２ａは両側の半導体パッケージ搭載部４に対抗するように大きな線膨張係数の機能が作用することとなり、コンパクトな構成で半導体パッケージ搭載部の熱変形量を効果的に減少することができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１１を用いて説明する。図１１は本発明の第３実施形態の半導体装置に用いる実装基板の平面模式図である。この第３実施形態は、次に述べる点で第２実施形態と相違するものであり、その他の点については第２実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第３実施形態では、１枚の実装基板にｘ方向の線膨張係数が大きい異方性領域２ａ、ｙ方向の線膨張係数が大きい異方性領域２ｂが多数碁盤目状に配置されている。この実施形態では、実装基板上に熱変形量の小さい領域が多数あるため、実装基板上に搭載する半導体パッケージ７の位置や数の自由度が大きい。そのため、電気特性や配線の引き回し性などを鑑みた基板設計を容易にすることができる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１２を用いて説明する。図１２は本発明の第４実施形態の半導体装置に用いる実装基板の平面模式図である。この第４実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第４実施形態では、実装基板に設けられるｘ方向の線膨張係数が大きい異方性領域２ａ、ｙ方向の線膨張係数が大きい異方性領域２ｂの形状が長方形となっていることを特徴としている。この第４実施形態の様に異方性領域２ａ、２ｂを長方形状とすることで、プリプレグ９１の除去などの製造工程をｘ、ｙ方向のみの加工で行うことができると共に、異方性領域２ａ、２ｂの半導体パッケージ搭載部４への作用を強化することができる。その一方、半導体パッケージ搭載部４の角部近傍では、異方性材料による昇温時の押し付けや降温時の引張りの荷重が第１実施形態と比較して小さくなるため、半導体パッケージ搭載部の熱変形量減少効果は第１実施形態よりも小さくなる。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図１３を用いて説明する。図１３は本発明の第５実施形態の半導体装置の説明図である。この第５実施形態は、次に述べる点で第４実施形態と相違するものであり、その他の点については第４実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第５実施形態では、１枚の実装基板１にｙ方向の線膨張係数が大きい異方性領域２ｂは設けず、ｘ方向の線膨張係数が大きい異方性領域２ａのみが複数配置されている。この第５実施形態で実装基板１に搭載する半導体パッケージ７は、長手方向と短手方向の長さの比が大きい。この様な半導体パッケージ７では、半導体パッケージ短手方向の半導体パッケージ７と実装基板１の熱変形量差が接続部の信頼性に及ぼす影響は小さく、接続部の信頼性は主に半導体パッケージ長手方向の半導体パッケージ７と実装基板１の熱変形量差に支配される。したがって、実装基板１にｘ方向の線膨張係数が大きい異方性領域２ａのみを配置して半導体パッケージ搭載部４のｘ方向の熱変形量のみを減少させ、半導体パッケージ長手方向とｘ方向が一致する様に半導体パッケージを実装基板上に配置すれば、接続部の信頼性を向上することができる。この場合、異方性領域２ａが半導体パッケージ搭載部７の対応する辺よりも前後に長く延びた対向する辺を有しているので、半導体パッケージ搭載部７の最も熱変形し易い角部の熱変形量を確実に減少することができる。

以上、本発明を各実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態の半導体装置を説明する図である。本発明の第１実施形態に用いる実装基板と一般的に用いられるガラスエポキシ樹脂基板との違いを説明する図である。図１の実装基板の各領域の線膨張係数の大小関係を示す模式図である。図１の実装基板の温度上昇時の応力分布を示す図である。図１の実装基板の温度上昇時のひずみ量（見かけの線膨張係数）の分布を示す図である。図１の実装基板における異方性領域の大きさと半導体パッケージ搭載部の見かけの線膨張係数との関係を示す特性図である。第１実施形態の半導体装置を構成する実装基板の第１の製造方法を説明する図である。第１実施形態の半導体装置を構成する実装基板の第２の製造方法を説明する図である。第１実施形態の半導体装置を構成する実装基板の第３の製造方法を説明する図である。本発明の第２実施形態を説明する図である。本発明の第３実施形態を説明する図である。本発明の第４実施形態を説明する図である。本発明の第５実施形態を説明する図である。

符号の説明

１…実装基板、２ａ…ｘ方向の線膨張係数が大きい異方性材料、２ｂ…ｙ方向の線膨張係数が大きい異方性材料、３…半導体素子、４…半導体パッケージ搭載部、５…ランド、６…半導体パッケージ搭載部から離れた領域、７…半導体パッケージ、８…モールドレジン、９…はんだボール、１０…半導体パッケージ基板、２１…ガラス繊維が除去された領域、８１…プリプレグが除去された領域の充填部材、９１…プリプレグ、９２…プリプレグの切断線。

Claims

半導体素子を備えた半導体パッケージが実装基板に搭載された半導体装置において、
前記実装基板の半導体パッケージ搭載部を挟むようにその両側に設けられ且つ線膨張係数が異方性を持った少なくとも２つの異方性領域を前記実装基板に備え、
前記異方性領域における前記半導体パッケージ搭載部の中央部に向かう方向の線膨張係数がその方向に直交する実装基板面内方向の線膨張係数よりも大きく且つ前記半導体パッケージ搭載部における異方性領域方向に向かう方向の線膨張係数よりも大きいこと、
を特徴とする半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置において、ガラス繊維を含む樹脂を前記実装基板の材料として用い、前記異方性領域における前記半導体パッケージ搭載部に向かう方向のガラス繊維の長さをその方向に交差する方向のガラス繊維の長さよりも短くしたこと、を特徴とする半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置において、ガラス繊維を含む樹脂を前記実装基板の材料として用い、前記異方性領域における前記半導体パッケージ搭載部に向かう方向のガラス繊維の量をその方向に交差する方向のガラス繊維の量よりも少なくしたこと、を特徴とする半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置において、前記異方性領域の半導体パッケージ搭載部側の辺が前記半導体パッケージ搭載部の対応する辺よりも両側に長く形成されていること、を特徴とする半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置において、前記異方性領域が前記半導体パッケージ搭載部の前後と左右の両側にそれぞれ設けられた２組で前記半導体パッケージ搭載部を取り囲むように構成されていること、を特徴とする半導体装置。
請求項５に記載の半導体装置において、前記異方性領域における前記半導体パッケージ搭載部に近い側の辺が半導体パッケージ搭載部の対応する辺とほぼ同じ長さに形成されると共にその遠い側の辺が前記近い側の辺よりも長く形成されていること、を特徴とする半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置において、前記半導体パッケージ搭載部が複数並置され、これらの半導体パッケージ搭載部の間に位置する領域を前記異方性領域としたこと、を特徴とする半導体装置。
半導体素子を備えた半導体パッケージを実装基板上に接合して搭載する半導体装置の製造方法において、
前記実装基板の半導体パッケージ搭載部を挟むように、前記半導体パッケージ搭載部の中央部に向かう方向の線膨張係数がその方向に直交する実装基板面内方向の線膨張係数よりも大きく且つ前記半導体パッケージ搭載部における異方性領域方向に向かう方向の線膨張係数よりも大きい少なくとも２つの異方性領域を設けた後、
前記実装基板の半導体パッケージ搭載部上に前記半導体パッケージを接合すること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、ガラス繊維を含む樹脂で形成したプリプレグを複数枚積層して前記実装基板を形成すること、を特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、前記複数枚のプリプレグのうちの少なくとも１枚における前記半導体パッケージ搭載部に向かう方向のガラス繊維の長さがその方向に交差する方向のガラス繊維の長さよりも短くなるように切断した後、前記複数枚のプリプレグを重ねて熱硬化することにより前記短く切断されたガラス繊維領域を前記異方性領域とすること、を特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、直交する２方向のガラス繊維を有するガラス繊維シートを含むエポキシ樹脂で前記複数枚のプリグレフを形成し、前記複数枚のプリプレグのうちの少なくとも１枚における前記ガラス繊維の直交する何れかの方向に沿って前記ガラス繊維シートに切れ目を入れて１方向のガラス繊維の長さを短くした後、前記複数枚のプリプレグを重ねて熱硬化することにより前記短く切断されたガラス繊維領域を前記異方性領域とすること、を特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、１方向のガラス繊維を含む樹脂で前記複数枚のプリグレフを形成し、これらのプリプレグのうちの少なくとも１枚における前記異方性領域に相当する部分を切除した後に、これらのプリプレグを前記ガラス繊維の方向が異なるように積層して前記異方性領域を形成すること、を特徴とする半導体装置の製造方法。