JP2010205888A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、はんだバンプを介して多層配線基板上に半導体チップを実装する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device for mounting a semiconductor chip on a multilayer wiring board via solder bumps.
半導体チップを多層の配線基板上に実装する方法は、接点数の増大、または、信号遅延の問題により、ワイヤーボンディング接続から、はんだバンプを介するフリップチップ接続に移行してきている。従来のようなコア層を持ち、比較的総厚が厚い多層の配線基板上に半導体チップをフリップチップ接続で実装する場合は、配線基板はそれほど反らないが、総厚が薄い配線基板では、半導体チップ実装のリフロー時に配線基板の絶縁材と半導体チップの面方向の線膨張係数の相異から、リフローの後の冷却時に図2のように配線基板が反ってしまい、実装不良または実装信頼性の低下を引き起こす。 The method of mounting a semiconductor chip on a multilayer wiring board has shifted from wire bonding connection to flip chip connection via solder bumps due to an increase in the number of contacts or signal delay. When a semiconductor chip is mounted on a multilayer wiring board having a core layer as in the past and having a relatively large total thickness by flip chip connection, the wiring board is not so warped, but in a wiring board with a thin total thickness, Due to the difference in linear expansion coefficient between the insulating material of the wiring board and the surface direction of the semiconductor chip during reflow of the semiconductor chip mounting, the wiring board warps as shown in FIG. 2 during cooling after the reflow, resulting in poor mounting or mounting reliability. Cause a decline.
上記実装性、実装信頼性の問題を解決するため、従来、金属性反り矯正用冶具(スティフナ)を配線基板に貼り付け、金属製反り矯正用冶具により反りを低減する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve the above problems of mounting property and mounting reliability, conventionally, a method has been proposed in which a metal warpage correction jig (stiffener) is attached to a wiring board and the warpage is reduced by a metal warpage correction jig ( For example, see Patent Document 1).
しかし、特許文献1に示すような方法は、配線基板表面における金属製反り矯正用冶具の占有面積が大きく、部品搭載数が限定されるため設計の自由度が大きく制限される。
However, the method shown in
本発明は、上記問題点に鑑み案出されたもので、半導体装置における配線基板の表面面積の省スペース化を図ると共に、半導体チップの配線基板上への実装時の配線基板の反りを小さくすることで、実装性、実装信頼性を向上させる半導体装置を提供することを課題とするものである。 The present invention has been devised in view of the above problems, and it is possible to reduce the surface area of the wiring board in the semiconductor device and to reduce the warping of the wiring board when the semiconductor chip is mounted on the wiring board. Thus, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that improves mountability and mounting reliability.
本発明は、上記課題を解決するために、配線基板のパッドにはんだバンプを介して半導体チップを接続した半導体装置であり、前記配線基板の半導体チップが搭載されている側の面に、半導体チップの搭載箇所以外の部分に、反り矯正用樹脂が形成されていることを特徴とする半導体装置である。 In order to solve the above problems, the present invention is a semiconductor device in which a semiconductor chip is connected to a pad of a wiring board via a solder bump, and the semiconductor chip is mounted on the surface of the wiring board on which the semiconductor chip is mounted. The semiconductor device is characterized in that a warping correction resin is formed in a portion other than the mounting portion.
また、本発明は上記の半導体装置であって、上記反り矯正用樹脂が、上記半導体チップを中心とし、上記半導体チップ端部から上記配線基板端部に向けて少なくとも一本以上の上記反り矯正用樹脂のパターンが放射状に形成されていることを特徴とする半導体装置である。 Further, the present invention is the above semiconductor device, wherein the warp correction resin has at least one warp correction centered on the semiconductor chip from the end of the semiconductor chip toward the end of the wiring board. A semiconductor device is characterized in that a resin pattern is formed radially.
また、本発明は上記の半導体装置であって、上記配線基板の厚さが350μm以下であることを特徴とする半導体装置である。 In addition, the present invention is the semiconductor device described above, wherein the wiring board has a thickness of 350 μm or less.
また、本発明は上記の半導体装置であって、上記反り矯正用樹脂の線膨張係数(A)が上記配線基板の線膨張係数(B)に対し、A>Bであることを特徴とする半導体装置であ
る。
According to another aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device as described above, wherein a linear expansion coefficient (A) of the warpage correcting resin is A> B with respect to a linear expansion coefficient (B) of the wiring board. Device.
また、本発明は上記の半導体装置であって、上記半導体チップの少なくとも1つの角に、上記反り矯正用樹脂が上記半導体チップの角を中心として中心角270°の扇状に形成されていることを特徴とする半導体装置である。 Further, the present invention is the above semiconductor device, wherein the warping correction resin is formed in a fan shape with a central angle of 270 ° centered on the corner of the semiconductor chip at at least one corner of the semiconductor chip. This is a featured semiconductor device.
また、本発明は上記の半導体装置であって、上記配線基板の少なくとも一つの角部に、上記反り矯正用樹脂を矩形状に形成し、前記矩形状の反り矯正用樹脂と、上記放射状に形成されたパターンの反り矯正用樹脂とが繋がっていることを特徴とする半導体装置である。 The present invention is also the above semiconductor device, wherein the warp correction resin is formed in a rectangular shape at least at one corner of the wiring board, and the rectangular warp correction resin and the radial shape are formed. The semiconductor device is characterized in that it is connected to the warping correction resin of the pattern.
半導体チップを配線基板へ加熱して接続すると、その後の冷却の際に、配線基板の絶縁材と半導体チップの線膨張係数の違いから、半導体装置に反りを生じる。本発明は、その反りを打ち消すように、配線基板の絶縁材と線膨張係数の異なる反り矯正用樹脂を半導体チップによる配線基板の反りが凸となる表面に、加熱時に形成する。それにより、冷却の際に、反り矯正用樹脂が、配線基板の半導体チップによる反りを相殺する矯正が行われ、半導体装置の反りを低減できる効果がある。 When the semiconductor chip is heated and connected to the wiring substrate, the semiconductor device is warped during the subsequent cooling due to the difference in the coefficient of linear expansion between the insulating material of the wiring substrate and the semiconductor chip. In the present invention, a warping correction resin having a linear expansion coefficient different from that of the insulating material of the wiring board is formed on the surface where the warping of the wiring board by the semiconductor chip becomes convex so as to cancel the warping. Accordingly, during the cooling, the warping correction resin is corrected to offset the warp due to the semiconductor chip of the wiring board, and there is an effect that the warp of the semiconductor device can be reduced.
また、金属製反り矯正用冶具(スティフナ)貼り合せ装置等の設備が必要無いので製造工程が簡略でき、新たに必要になる反り矯正用樹脂を塗布する工程は、半導体チップ封止用のアンダーフィルを注入すべく塗布する装置を兼用して反り矯正用樹脂を塗布することができるので、製造工程が簡略化でき、製造コストを低減できる効果がある。 Also, since there is no need for equipment such as a metal warp correction jig (stiffener) bonding device, the manufacturing process can be simplified, and the newly applied process for applying a warp correction resin is an underfill for semiconductor chip sealing. Since the warping correction resin can be applied also as a device for applying the resin to inject, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
加えて、反り矯正用の金属製反り矯正用冶具(スティフナ)を配線基板に設置せず、従来スティフナを設置していた配線基板の表面のスペースを活用できるので、半導体チップの配線基板への設置面積を大幅に増やして半導体チップの実装密度を高くした半導体装置が得られる効果がある。 In addition, metal warp correction jigs (stiffeners) for warp correction are not installed on the wiring board, and the space on the surface of the wiring board on which the conventional stiffeners have been installed can be utilized. There is an effect that a semiconductor device in which the area is greatly increased and the mounting density of the semiconductor chip is increased can be obtained.
図1は本発明の半導体装置の実施形態にかかる上面モデル図の一例であり、配線基板3を、多層の配線層と、絶縁樹脂層とソルダーレジストのいずれかで構成し、その配線基板3上に少なくとも1個以上の半導体チップ1を実装する。そして、配線基板3の、半導体チップ1を実装する側の面に、反り矯正用樹脂5を形成する。反り矯正用樹脂5は半導体チップ1を中心として放射状に形成されている。
FIG. 1 is an example of a top model diagram according to an embodiment of a semiconductor device of the present invention. A
多層の配線基板3の厚さは特に限定されるわけではないが、厚さが薄いほど剛性が下がるため、配線基板3の反り低減を効果的に得るためには配線基板3の厚さが350μm以下であることが特に望ましい。
The thickness of the
図2は、配線基板3の上面の電極パッドにはんだバンプ2で半導体チップ1のパッドを接合することで半導体チップ1を配線基板3に実装した半導体装置の図1のX−X’線にそった断面図である。半導体チップ1下の配線基板3との間の空間には封止用樹脂4を注入する。図2の半導体装置の断面図は、封止用樹脂4を硬化した後の状態を示し、反り矯正用樹脂5を形成する以前の状態を示す。この場合、半導体チップ1と配線基板3の線膨張係数差から、半導体装置は半導体チップ1側を凸とした反りを生じる。
FIG. 2 shows a semiconductor device in which the
図3は、更に、反り矯正用樹脂5を半導体チップ1の封止用樹脂4に接して塗布した後に反り矯正用樹脂5を熱硬化させた半導体パッケージを、図1のX−X’線にそった断面で示す図である。本発明における反り矯正用樹脂5の線膨張係数(A)は特に限定されるものではないが、反り矯正用樹脂5は、その線膨張係数(A)と配線基板3の面内の方向への線膨張係数(B)がA>Bの関係となる場合、反り矯正用樹脂5の弾性による反り低減効果に加え、配線基板3の温度が低下した際、線膨張係数差により配線基板3を図2の反りとは逆方向に引っ張る方向に力が働くことによる反り低減効果が加わるため、特に大きい低減効果が得られる。
FIG. 3 further shows a semiconductor package in which the
配線基板3表面に形成する反り矯正用樹脂5の形成パターンの例について、図1と図4から図7の半導体装置の上面図を用いて説明する。反り矯正用樹脂5が半導体チップ1を中心として、放射状に4方向に形成されているパターンの例を図1と図4に示す。図4では、放射状に形成されている反り矯正用樹脂5が配線基板3に対し水平方向、および垂直方向に形成されている。また、図5には、反り矯正用樹脂5が半導体チップ1を中心として、8方向に形成されている例を示す。すなわち、図4に加えて、反り矯正用樹脂5がさらに4本、配線基板3の対角線方向に形成されている。
An example of the formation pattern of the
さらに、図6、図7に、配線基板3表面に形成する反り矯正用樹脂5の形成パターンについて、放射状に形成された反り矯正用樹脂5の少なくともどちらか一端に、矩形状もしくは円形状の反り矯正用樹脂5を形成する場合を示す。そうすることで、より大きな反り低減効果が得られる。図6は、半導体チップの角に、反り矯正用樹脂5を半導体チップ1の角を中心として中心角270°の扇状に形成した例を示す。また、図7は、配線基板3の角に矩形状の反り矯正用樹脂5を形成し、その矩形状の反り矯正用樹脂5を、半導体チップ1から放射状に形成した反り矯正用樹脂5と繋げて形成するパターンの例を示す。
Further, in FIGS. 6 and 7, regarding the formation pattern of the
<第1の実施例>
本発明の第1の実施例による半導体基板の製造方法を以下に説明する。
(工程1)
多層の配線基板3として、総厚220μm、絶縁樹脂が線膨張係数が20ppmの樹脂を用いて構成した多層の配線基板3を用意した。
を配線基板へ加熱して接続する
(工程2)
次に、この配線基板3の上面の電極パッドに、加熱した半導体チップ1のパッド上のはんだバンプ2を接合する。
(工程3)
次に、封止用樹脂4を毛細管現象を利用し半導体チップ1と配線基板3間に充填し、さらに半導体チップ1の外周部を封止用樹脂4で封止する。
(工程4)
次に、図1に示すように、半導体チップ1の角から、配線基板3の角に向けて対角線方向に反り矯正用樹脂5を塗布し、加熱する。それにより、反り矯正用樹脂5を熱硬化させる。
なお、封止用樹脂4及び反り矯正用樹脂5は、エポキシ系で、線膨張係数が30ppmの樹脂を使用した。
<First embodiment>
A method for manufacturing a semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention will be described below.
(Process 1)
As the
Is connected to the wiring board by heating (step 2)
Next, the solder bump 2 on the pad of the
(Process 3)
Next, the sealing
(Process 4)
Next, as shown in FIG. 1, the warping
The sealing
<比較例>
以上の実施例の半導体装置が平面から反る高さは200μmあった。一方、比較例として、同じ配線基板3を用いて、反り矯正用樹脂5を形成せず半導体装置を作製した。その半導体装置は、図2のように反った。その配線基板3が平面から反る高さは約400μmになった。
<Comparative example>
The height at which the semiconductor device of the above example warps from the plane was 200 μm. On the other hand, as a comparative example, a semiconductor device was manufactured using the
以上の第1の実施例と比較例の反りの結果を比較すると、第1の実施例では、半導体装置が反る高さが比較例よりも大幅に低減され、半導体装置の平面度を向上できた。半導体チップ1を配線基板3へ加熱してはんだバンプ2を接続すると、その後の冷却の際に、配線基板3の絶縁材と半導体チップ1の線膨張係数の違いから、半導体装置に反りを生じる。第1の実施例は、その反りを打ち消すように、配線基板3の絶縁材と線膨張係数の異なる反り矯正用樹脂5を半導体チップ1による配線基板3の反りが凸となる表面に、加熱時に形成することにより、冷却の際に、反り矯正用樹脂5が、配線基板3の半導体チップ1による反りを相殺させることで半導体装置の反りを低減できた。
Comparing the results of warping of the first example and the comparative example described above, in the first example, the warp height of the semiconductor device is significantly reduced compared to the comparative example, and the flatness of the semiconductor device can be improved. It was. When the
本発明を薄型半導体パッケージ基板の樹脂封止に適用することで、半導体チップ1を配線基板3に実装した後の反りを小さくできる半導体パッケージを得ることができる。
By applying the present invention to resin sealing of a thin semiconductor package substrate, a semiconductor package capable of reducing warpage after the
1・・・半導体チップ
2・・・はんだバンプ
3・・・配線基板
4・・・封止用樹脂
5・・・反り矯正用樹脂
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- 2009-03-03 JP JP2009049130A patent/JP2010205888A/en active Pending
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