JP2012124479A - Semiconductor package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体パッケージに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor package.
近年、モバイル機器の軽薄短小化に伴い、搭載される半導体パッケージの小型化、薄型化及び狭ピッチ化が進んでいる。そのため、半導体パッケージとマザーボードの接続用電極であるはんだバンプが微細化し、耐落下衝撃性の確保が難しくなっている。
そのため、耐落下衝撃性を向上させる様々な方法が検討されている。以下に、関連する従来技術を示す。
In recent years, as mobile devices become lighter, thinner, and smaller, semiconductor packages to be mounted are becoming smaller, thinner, and narrower in pitch. For this reason, solder bumps, which are electrodes for connecting the semiconductor package and the mother board, are miniaturized, and it is difficult to ensure the drop impact resistance.
Therefore, various methods for improving the drop impact resistance have been studied. The related prior art is shown below.
特許文献1には、BGA(Ball Grid Array)再外周の電極パッドから延びる配線を内側へ引き出すことで、接合が弱くなる配線/はんだ部分に応力が集中することを避け、はんだクラックを予防する技術が記載されている。また、特許文献2には、落下衝撃時の配線板のひずみ変形を、配線板に設けた凹部またはスリット部分に集中させることで、電気的接続部に落下衝撃が及びにくくする技術が記載されている。さらに、特許文献3には、高速変形時においても破断しにくい樹脂材料を配線板に用いることで、落下衝撃時の配線板破壊を防ぐ技術が記載されている。
このように、これまで耐落下衝撃性の向上を目的とした技術としては、配線板、それもマザーボードに関するものであるため、耐落下衝撃性に優れる半導体パッケージというものは、かねてより宿望されるも実現しなかった。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明者らは鋭意検討の結果、パッケージ基板の工夫により、耐落下衝撃性を向上する半導体パッケージを見出した。
本発明は、耐落下衝撃性向上に有効な半導体パッケージを提供することを目的とする。
As described above, as a technology aiming at improving the drop impact resistance so far, since the circuit board is also related to the mother board, a semiconductor package having excellent drop impact resistance has long been desired. Also did not happen.
The present invention has been made in view of such circumstances, and as a result of intensive studies, the present inventors have found a semiconductor package that improves drop impact resistance by devising a package substrate.
An object of the present invention is to provide a semiconductor package effective for improving the drop impact resistance.
本発明は下記の態様を有することを特徴とする。
1.絶縁樹脂を含むコア層を有するパッケージ基板、該パッケージ基板に搭載され、周囲を封止材により封止された少なくとも1つの半導体素子、及び、該パッケージ基板をマザーボードに接続するための接続用電極としてのはんだバンプを有する半導体パッケージにおいて、該絶縁樹脂の下記式(1)で表される特性値Aが1.4MPa以下であることを特徴とする半導体パッケージ。
T2:はんだバンプの融点(℃)
ET2:はんだバンプの融点における絶縁樹脂の弾性率(MPa)
α(T):T℃のときの絶縁樹脂の熱膨張係数(℃-1)
The present invention has the following aspects.
1. A package substrate having a core layer containing an insulating resin, at least one semiconductor element mounted on the package substrate and sealed with a sealing material, and a connection electrode for connecting the package substrate to a motherboard In the semiconductor package having the solder bump, the characteristic value A represented by the following formula (1) of the insulating resin is 1.4 MPa or less.
T2: Melting point of solder bump (° C)
E T2 : Elastic modulus of insulating resin at melting point of solder bump (MPa)
α (T): Thermal expansion coefficient of insulating resin at T ° C (° C -1 )
2.前記式(1)において、170≦T1≦180(℃)、200≦T2≦230(℃)としたときに、特性値Aが1.4MPa以下であることを特徴とする、前記1項に記載の半導体パッケージ。 2. 2. In the formula (1), the characteristic value A is 1.4 MPa or less when 170 ≦ T1 ≦ 180 (° C.) and 200 ≦ T2 ≦ 230 (° C.). Semiconductor package.
本半導体パッケージを携帯電話、PDA((Personal Digital Assistant))等のモバイル機器に用いれば、マザーボードに特別な回路設計、工程及び材料等を適用することなく、耐落下衝撃性を向上させることができ、その工業的価値は大きい。 If this semiconductor package is used in mobile devices such as mobile phones and PDAs ((Personal Digital Assistants)), the drop impact resistance can be improved without applying special circuit design, processes and materials to the motherboard. , Its industrial value is great.
落下衝撃時には、半導体パッケージ四隅のはんだバンプに故障が集中することが知られている。本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、半導体パッケージ四隅のはんだバンプの接続高さを高くすると、耐落下衝撃性が向上することを見出した。即ち、半導体パッケージ四隅のはんだバンプの接続高さが低くなると、耐落下衝撃性が低下する。これは、はんだバンプの接続高さが低いと、はんだバンプが胴太な形状となり、ひずみにくくなることから、はんだバンプ全体がひずむことで、故障部(はんだバンプ根本)への応力集中を緩和する能力が低くなることが原因と考えられる。 It is known that failures are concentrated on the solder bumps at the four corners of the semiconductor package during a drop impact. As a result of intensive studies, the present inventors have found that when the connection height of the solder bumps at the four corners of the semiconductor package is increased, the drop impact resistance is improved. That is, when the connection height of the solder bumps at the four corners of the semiconductor package is lowered, the drop impact resistance is lowered. This is because if the connection height of the solder bumps is low, the solder bumps become thick and difficult to be distorted, so that the entire solder bumps are distorted, thereby relieving stress concentration on the faulty part (solder bump root). This is thought to be due to lower ability.
ここで、半導体パッケージのねじれ(両対角の反りの差)に着目し、半導体パッケージ四隅のはんだバンプの接続高さを調べたところ、図1(a)のように半導体パッケージ1がねじれている場合、局所的に半導体パッケージ四隅のうち、マザーボード2との距離が、ねじれのない状態での距離よりも短くなる隅3があり、この隅3に存在するはんだバンプの接続高さが局所的に低くなることが分かった。さらに図1(b)のように半導体パッケージ1のねじれを低減することで、半導体パッケージ1四隅のはんだバンプの接続高さを高くできることが分かった。
Here, paying attention to the twist of the semiconductor package (difference in warpage between both diagonals), the connection height of the solder bumps at the four corners of the semiconductor package was examined. As a result, the
半導体パッケージの変形は、主に封止材と半導体素子を接着したパッケージ基板との熱膨張差に起因することから、封止時点の温度で変形が最小になる傾向にある。また、はんだバンプの凝固により半導体パッケージはマザーボードに固定されることから、はんだバンプ凝固温度(融点)で半導体パッケージの変形は拘束される。これらのことから、本発明者らは、封止温度からはんだバンプの融点までの温度領域における半導体パッケージの変形を抑えることで、半導体パッケージのねじれが小さくなることを見出した。 Since the deformation of the semiconductor package is mainly caused by the difference in thermal expansion between the sealing material and the package substrate to which the semiconductor element is bonded, the deformation tends to be minimized at the temperature at the time of sealing. Further, since the semiconductor package is fixed to the motherboard by solidification of the solder bumps, deformation of the semiconductor package is restricted by the solder bump solidification temperature (melting point). From these facts, the present inventors have found that the twist of the semiconductor package is reduced by suppressing the deformation of the semiconductor package in the temperature range from the sealing temperature to the melting point of the solder bump.
ここで、封止温度からはんだバンプの融点までの温度領域におけるパッケージ基板の絶縁樹脂物性を、前記式(1)に示すように設定することで、半導体パッケージ中でパッケージ基板が発生する応力を低く抑えることができる。そのため、同温度範囲での半導体パッケージの変形を抑えることができ、半導体パッケージのねじれが低減し、半導体パッケージ四隅のはんだバンプの接続高さを高く、良好な状態で維持でき、耐落下衝撃性を向上できる。 Here, by setting the insulating resin physical property of the package substrate in the temperature range from the sealing temperature to the melting point of the solder bump as shown in the formula (1), the stress generated by the package substrate in the semiconductor package can be reduced. Can be suppressed. Therefore, the deformation of the semiconductor package in the same temperature range can be suppressed, the twist of the semiconductor package can be reduced, the connection height of the solder bumps at the four corners of the semiconductor package can be kept high, and the drop impact resistance can be maintained. It can be improved.
請求項1に記載の式(1)中の特性値Aは、封止温度からはんだバンプの融点までの温度領域において、絶縁樹脂が半導体パッケージ内で発生する応力の大小を、簡易的に評価できるようにした値である。特性値Aが小さくなると、半導体パッケージ中でパッケージ基板が発生する応力が低くなる傾向にある。
ここで、特性値Aが1.4MPaを超えると、温度変化による半導体パッケージの変形が大きくなり、封止温度からはんだバンプの融点までの温度領域における半導体パッケージ1のねじれを抑制することができないため、耐落下衝撃性に対して好ましくない。さらに好ましくは1.35MPa以下であり、1.3MPa以下であると極めて好ましい。
The characteristic value A in the formula (1) according to
Here, if the characteristic value A exceeds 1.4 MPa, the deformation of the semiconductor package due to the temperature change becomes large, and the twist of the
封止温度T1は特に指定しないが、汎用の半導体パッケージ用エポキシ樹脂系封止材の封止温度である、170≦T1≦180(℃)が好ましい。これより低すぎたり高すぎたりすると、汎用の封止材が使用できなくなり、コストや信頼性の面で好ましくない。
同様にはんだバンプの融点T2は特に指定しないが、鉛フリーはんだの中でも半導体パッケージの接続用途として使用実績があり、比較的安価であるはんだが適用可能な、200≦T2≦230(℃)が好ましい。これより低融点のはんだは接続信頼性に課題がある場合が多く、さらに高価であり好ましくない。逆にこれより高融点のはんだは、リフロー温度の上昇を招き、半導体装置全体の耐熱性や高温信頼性が必要になるため好ましくない。また、鉛錫共晶はんだのように、鉛含有のはんだは環境面で敬遠されるため好ましくない。
The sealing temperature T1 is not particularly specified, but 170 ≦ T1 ≦ 180 (° C.), which is the sealing temperature of a general-purpose epoxy resin-based sealing material for semiconductor packages, is preferable. If it is too low or too high, a general-purpose sealing material cannot be used, which is not preferable in terms of cost and reliability.
Similarly, although the melting point T2 of the solder bump is not particularly specified, 200 ≦ T2 ≦ 230 (° C.) is preferable because it has been used as a semiconductor package connection application among lead-free solders and can be applied with a relatively inexpensive solder. . A solder having a lower melting point than this often has a problem in connection reliability, and is not preferable because it is more expensive. Conversely, a solder having a higher melting point than this is not preferable because it causes an increase in reflow temperature and requires heat resistance and high temperature reliability of the entire semiconductor device. Further, like lead-tin eutectic solder, lead-containing solder is not preferable because it is avoided in terms of the environment.
本発明の半導体パッケージの形態については、絶縁樹脂を含むコア層を有したパッケージ基板に少なくとも一つの半導体素子を搭載してなり、該半導体素子の周囲が封止材により封止されてなり、該パッケージ基板とマザーボードとの接続用電極がはんだバンプであれば、形態やサイズは特定されない。 As for the form of the semiconductor package of the present invention, at least one semiconductor element is mounted on a package substrate having a core layer containing an insulating resin, and the periphery of the semiconductor element is sealed with a sealing material, If the connection electrode between the package substrate and the motherboard is a solder bump, the form and size are not specified.
また、パッケージ基板は、コア層が絶縁樹脂を含むものであれば特に制限はない。ここでコア層とは、パッケージ基板の最内層に位置する絶縁層のことを指している。コア層は、片面又は両面に導体からなる配線層を有する層、例えば片面又は両面プリント配線板であってもよく、また、表面の配線層の加えて更に内部に絶縁樹脂を介して1層以上の配線層を有する層、例えば多層配線板であってもよい。また、コア層の片面又は両面上には、ビルドアップ法によって絶縁層を介して更に1層以上の配線層が形成されていてもよい。 The package substrate is not particularly limited as long as the core layer includes an insulating resin. Here, the core layer refers to an insulating layer located in the innermost layer of the package substrate. The core layer may be a layer having a wiring layer made of a conductor on one side or both sides, for example, a single-sided or double-sided printed wiring board. A layer having a plurality of wiring layers, for example, a multilayer wiring board may be used. One or more wiring layers may be further formed on one or both surfaces of the core layer via an insulating layer by a build-up method.
パッケージ基板への半導体素子の搭載形態は、半導体素子がパッケージ基板に固定され、電気的に接続される形態であれば、特に制限はない。例えば、半導体素子の向きは、半導体素子の回路面がパッケージ基板に向くフェイスダウン方式であっても、半導体素子の回路面がパッケージ基板に向かないフェイスアップ方式であってもよい。半導体素子とパッケージ基板の導体層との電気的接続も、特に制限はない。例えば、(1)半導体素子とパッケージ基板とをフィルム状又はペースト状の絶縁性接着材を接着し、半導体素子の電極パッドとパッケージ基板の導体層の電極パッドとを、金線等のワイヤで接続するワイヤボンディング方式、(2)ポリイミド樹脂フィルムなどの絶縁性樹脂フィルム上に銅等の導体回路が形成されたTABテープを用い、パッケージ基板に絶縁性接着材で接着された半導体素子の金属バンプ等が形成された電極パッドとパッケージ基板の導体層の電極パッドとをTABテープの回路によって接続するTAB(Tape Automated Bonding)方式、(3)半導体チップの電極パッド上に金属バンプを形成し、フェースダウンでパッケージ基板の導体層の電極パッドと直接接続するフリップチップ方式等が挙げられる。 The mounting form of the semiconductor element on the package substrate is not particularly limited as long as the semiconductor element is fixed to the package substrate and electrically connected. For example, the orientation of the semiconductor element may be a face-down method in which the circuit surface of the semiconductor element faces the package substrate or a face-up method in which the circuit surface of the semiconductor element does not face the package substrate. The electrical connection between the semiconductor element and the conductor layer of the package substrate is not particularly limited. For example, (1) a semiconductor element and a package substrate are bonded with a film-like or paste-like insulating adhesive, and the electrode pad of the semiconductor element and the electrode pad of the conductor layer of the package substrate are connected by a wire such as a gold wire. Wire bonding method, (2) Metal bumps of semiconductor elements that are bonded to the package substrate with an insulating adhesive using a TAB tape on which a conductive circuit such as copper is formed on an insulating resin film such as a polyimide resin film A TAB (Tape Automated Bonding) method in which the electrode pads on which the conductors are formed and the electrode pads of the conductor layer of the package substrate are connected by a TAB tape circuit. (3) Metal bumps are formed on the electrode pads of the semiconductor chip and face down For example, a flip-chip method for directly connecting to the electrode pad of the conductor layer of the package substrate may be used.
パッケージ基板をマザーボードに接続するための接続用電極としてのはんだバンプは、通常、パッケージ基板の半導体素子搭載面の裏面側に複数形成される。 A plurality of solder bumps as connection electrodes for connecting the package substrate to the mother board are usually formed on the back surface side of the semiconductor element mounting surface of the package substrate.
図2に本発明の一実施形態における半導体パッケージの部分断面図を示す。本実施形態では一般的にFBGA(Fine−pitch Ball Grid Array)と称されるパッケージ形態をとっている。 FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a semiconductor package in one embodiment of the present invention. In the present embodiment, a package form generally called FBGA (Fine-pitch Ball Grid Array) is adopted.
図2において、半導体パッケージ1は、マザーボード2にはんだバンプ4により接続されている。半導体パッケージ1は、半導体素子5とそれを被覆する封止材6、パッケージ基板7及びパッケージ基板7に半導体素子5を接着するダイボンド材8を有する。本実施形態において、ダイボンド材8は絶縁性もしくは導電性であり、パッケージ基板7と半導体素子5とを電気的に接続するワイヤ、又は金属バンプ、TABテープ等は図示されていない。ダイボンド材8が異方導電性である場合、パッケージ基板7と半導体素子5の電極パッドは、ダイボンド材8によってフェースダウンで直接接続されている。パッケージ基板7は、両面に配線層11が形成されたコア層9、配線層11上の必要個所に形成されたソルダレジスト層10からなり、マザーボード2側に面する配線層11には複数の電極パッド12が設けてあり、マザーボードの同数の電極パッド13と対向して配置され、相対する電極パッド12と13とをはんだバンプ4により接続され、マザーボード2と電気的に接続されるようになっている。コア層9はガラス織布あるいはガラス不職布14と絶縁樹脂15からなり、絶縁樹脂15はベース樹脂、硬化剤、添加剤(硬化促進剤)及び充填剤を含有する樹脂組成物の硬化物である。ここではんだバンプとは、はんだボールやはんだペースト等を用いて作製された、半導体パッケージ1とマザーボード2を接続する接続用電極のことを指す。
図2では省略したが、コア層9とソルダレジスト層10の間に、ビルドアップ層のような配線層を有する絶縁層を複数積層してもよく、また、各配線層を厚み方向に接続するため、ビアホールやスルーホールなどを設けてもよい。
In FIG. 2, the
Although omitted in FIG. 2, a plurality of insulating layers having a wiring layer such as a build-up layer may be laminated between the core layer 9 and the solder resist
絶縁樹脂の材料として用いられる硬化前の樹脂組成物に用いられるベース樹脂は特定されないが、配線板用途では絶縁性や吸湿性の面で優れているエポキシ樹脂が好適である。例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、環式脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、これらに臭素等のハロゲンを付加したエポキシ樹脂、レゾール型フェノール樹脂など、各種の熱硬化性樹脂を用いることができる。特にナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ジヒドロアントラセン型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂及びビフェニル型エポキシ樹脂などの結晶性エポキシ樹脂、及びこれらにハロゲンを付加したエポキシ樹脂が好ましい。特にナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ジヒドロアントラセン型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂及びビフェニル型エポキシ樹脂などの結晶性エポキシ樹脂を用いることが好ましい。上記エポキシ樹脂の分子量はどのようなものでもよく、2種以上を併用することもできる。 Although the base resin used for the resin composition before curing used as the material for the insulating resin is not specified, an epoxy resin that is superior in terms of insulation and hygroscopicity is suitable for wiring board applications. For example, epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cycloaliphatic epoxy resin, glycidyl ester type epoxy resin, glycidyl amine type epoxy resin, etc. Various thermosetting resins such as an epoxy resin to which halogen such as bromine is added and a resol type phenol resin can be used. In particular, crystalline epoxy resins such as naphthalene type epoxy resins, anthracene type epoxy resins, dihydroanthracene type epoxy resins, biphenyl novolac type epoxy resins and biphenyl type epoxy resins, and epoxy resins obtained by adding halogen to these are preferable. In particular, it is preferable to use crystalline epoxy resins such as naphthalene type epoxy resin, anthracene type epoxy resin, dihydroanthracene type epoxy resin, biphenyl novolac type epoxy resin and biphenyl type epoxy resin. The epoxy resin may have any molecular weight, and two or more types may be used in combination.
ナフタレン型エポキシ樹脂としては、例えば、下記式(1)で表されるエポキシ樹脂が挙げられる。
アントラセン型エポキシ樹脂としては、例えば、下記一般式(2)で表されるエポキシ樹脂が挙げられる。
ジヒドロアントラセン型エポキシ樹脂としては、例えば、下記一般式(3)で表されるエポキシ樹脂が挙げられる。
ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂としては、例えば、下記一般式(4)で表されるエポキシ樹脂が挙げられる。
ビフェニル型エポキシ樹脂としては、例えば、下記一般式(5)で表されるエポキシ樹脂が挙げられる。
また、絶縁樹脂の材料となる樹脂組成物は、硬化剤を含むことが好ましい。硬化剤はベース樹脂の硬化作用があれば特に限定されるものではないが、各種アミン類、酸無水物類、各種ノボラック樹脂類などが挙げられる。たとえば、ジアミノジフェニルメタン、ジシアンジアミドなどの各種アミン類、ポリアミンと重合脂肪酸との重縮合によって作られたポリアミド樹脂などの各種ポリアミド系硬化剤、無水フタル酸や無水トリメリット酸等の酸無水物類、フェノール性水酸基を1分子中に2個以上有する化合物であるビスフェノールA、ビスフェノールFやビスフェノールS等、さらには、フェノール樹脂類が挙げられる。フェノール樹脂類としては、ノボラック樹脂が好ましく、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、また、メラミン変性フェノールノボラック樹脂等のフェノール類とトリアジン環を有する化合物とアルデヒド類との反応物が挙げられる。これらの化合物は、単独であってもよく、また2種類以上を併用することもできる。 Moreover, it is preferable that the resin composition used as the material of insulating resin contains a hardening | curing agent. The curing agent is not particularly limited as long as it has a curing effect on the base resin, and examples thereof include various amines, acid anhydrides, various novolak resins, and the like. For example, various amines such as diaminodiphenylmethane and dicyandiamide, various polyamide curing agents such as polyamide resin made by polycondensation of polyamine and polymerized fatty acid, acid anhydrides such as phthalic anhydride and trimellitic anhydride, phenol Bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, etc., which are compounds having two or more functional hydroxyl groups in one molecule, and phenol resins. As the phenolic resin, a novolak resin is preferable, for example, a phenol novolak resin, a cresol novolak resin, a bisphenol novolak resin, or a reaction product of a phenol and a compound having a triazine ring and an aldehyde such as a melamine-modified phenol novolak resin. Can be mentioned. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
この硬化剤のエポキシ樹脂に対する割合は、エポキシ樹脂100重量部に対し、2〜100重量部の範囲が好ましく、5〜80重量部の範囲がより好ましく、7〜75重量部の範囲が特に好ましい。硬化剤は、一種単独で、又は2種以上を併用して用いることができる。 The ratio of the curing agent to the epoxy resin is preferably in the range of 2 to 100 parts by weight, more preferably in the range of 5 to 80 parts by weight, and particularly preferably in the range of 7 to 75 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin. A hardening | curing agent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
また、その他添加剤としては、各種シランカップリング剤、硬化促進剤、消泡剤等を使用できる。さらに、これらを樹脂と混合するため、溶剤を加えることが好ましい。溶剤は、樹脂と、硬化剤及び添加剤を溶解・混合するものであればどのようなものでもよい。また、溶剤は、複数の種類を組み合わせて用いても構わない。 As other additives, various silane coupling agents, curing accelerators, antifoaming agents and the like can be used. Furthermore, in order to mix these with resin, it is preferable to add a solvent. The solvent may be any solvent as long as it dissolves and mixes the resin, the curing agent, and the additive. Moreover, you may use a solvent in combination of several types.
硬化促進剤は、通常のエポキシ樹脂の硬化反応を促進するものであれば、特に限定されない。たとえば、イミダゾール類、有機リン化合物、第三級アミン、第四級アンモニウム塩などが例示される。イミダゾール類としては、イミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、4−フェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾールなどが、有機リン化合物としては、トリフェニルホスフィンなどが、第三級アミンとしては、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ピリジンなどが、また、第四級アンモニウム塩としては、酢酸テトラブチルアンモニウム、硫酸水素テトラブチルアンモニウムなどが挙げられる。硬化促進剤のエポキシ樹脂に対する割合は、エポキシ樹脂100重量部に対し、0.01〜10重量部の範囲が好ましく、0.03〜5重量部の範囲がより好ましい。 The curing accelerator is not particularly limited as long as it accelerates the curing reaction of a normal epoxy resin. For example, imidazoles, organophosphorus compounds, tertiary amines, quaternary ammonium salts and the like are exemplified. Examples of imidazoles include imidazole, 1-methylimidazole, 2-methylimidazole, 4-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-undecylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole. 4-phenylimidazole, benzimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, etc., organophosphorus compounds such as triphenylphosphine, tertiary amines such as triethylamine, tributylamine, pyridine, Examples of the quaternary ammonium salt include tetrabutylammonium acetate and tetrabutylammonium hydrogen sulfate. The ratio of the curing accelerator to the epoxy resin is preferably in the range of 0.01 to 10 parts by weight and more preferably in the range of 0.03 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin.
また、絶縁樹脂には充填剤を用いてもよい。充填剤としては、特に限定されるものでなく、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、クレイ、タルク、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウム等の無機充填剤、ゴム等の有機充填剤を使用することができる。充填剤のエポキシ樹脂に対する割合は、エポキシ樹脂と硬化剤の総量100重量部に対し、300重量部以下が好ましく、270重量部以下がより好ましく、250重量部以下が特に好ましい。 A filler may be used for the insulating resin. The filler is not particularly limited, and silica, alumina, aluminum hydroxide, calcium carbonate, clay, talc, silicon nitride, boron nitride, titanium oxide, barium titanate, lead titanate, strontium titanate, etc. Organic fillers such as inorganic fillers and rubbers can be used. The ratio of the filler to the epoxy resin is preferably 300 parts by weight or less, more preferably 270 parts by weight or less, and particularly preferably 250 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the total amount of the epoxy resin and the curing agent.
コア層は、上記樹脂組成物の硬化物のみからなるものであってもよいが、通常、上記樹脂組成物をガラス織布、ガラス不織布等のガラス繊維など、繊維強化材に含浸させ、加熱加圧することによる硬化物であることが好ましい。 The core layer may be composed only of a cured product of the resin composition. Usually, the resin composition is impregnated into a fiber reinforcement such as glass fiber such as glass woven fabric or glass nonwoven fabric, and heated. It is preferable that it is a hardened | cured material by pressing.
封止材6としては、絶縁性かつ熱硬化性の樹脂組成物の硬化物が挙げられる。この樹脂組成物は、絶縁性かつ熱硬化性であれば特に限定されず、これらのベース樹脂としては、例えば、エポキシ、シリコーン、フェノール、ポリイミド等の熱硬化樹脂系があるが、先に述べたような理由から、好ましくは、封止温度(硬化温度)が170℃以上かつ180℃以下の、汎用の半導体パッケージ用エポキシ樹脂系封止材が好ましい。 As the sealing material 6, the hardened | cured material of an insulating and thermosetting resin composition is mentioned. The resin composition is not particularly limited as long as it is insulative and thermosetting. Examples of these base resins include thermosetting resin systems such as epoxy, silicone, phenol, and polyimide. For these reasons, a general-purpose epoxy resin-based sealing material for semiconductor packages having a sealing temperature (curing temperature) of 170 ° C. or higher and 180 ° C. or lower is preferable.
はんだバンプ4に用いるはんだとしては特に限定されないが、先に述べたような理由から、好ましくは、融点が200℃以上かつ230℃以下のはんだ、すなわち合金種としては、Sn−Cu、Sn−Ag−Cu、Sn−Ag−Cu−Bi、Sn−Ag−Cu−Sb、Sn−Ag−Bi−In及びSn−Zn等の鉛フリーはんだが好ましい。
Although it does not specifically limit as a solder used for the
また、図2に示す実施態様において、ダイボンド材8は特に限定されず、ソルダレジスト層10は絶縁性であれば特に限定されず、これらのベース樹脂としては、例えば、エポキシ、シリコーン、フェノール、ポリイミド等の熱硬化性樹脂系、光硬化性樹脂系の各種高分子樹脂がある。また、ペースト状及びフィルム状のものを共に適用できる。これらは、互いの接着時にボイドが出来にくいものや、硬化後の吸湿率の小さいものが、リフロー実装時にはく離やクラックを生じず、意図しない半導体パッケージ1の変形を防止できるので好ましい。
In the embodiment shown in FIG. 2, the die bond material 8 is not particularly limited, and the solder resist
なお、半導体パッケージの組立方法は特に限定するものではないが、一般的な図2に示す実施態様の半導体パッケージ1の組立方法及びマザーボード2への接続方法について説明する。
パッケージ基板7に半導体素子5をダイボンド材8にて加熱圧着することで接着し、半導体素子5とパッケージ基板7をワイヤボンディングによって電気的に接続した後、トランスファプレスによる加熱・加圧状況下にて半導体素子5及びダイボンド材8を封止材6によって被覆封止し、オーブンにて封止材6を加熱硬化し半導体パッケージ1を組み立てる。その後、半導体パッケージ1の電極パッド12と対向するマザーボードの電極パッド13の間に、はんだボールやはんだペーストによりはんだを供給し、窒素雰囲気下のリフロー炉にてはんだを溶融・凝固させ、半導体パッケージ1の電極パッド12とマザーボード2の電極パッド13をはんだバンプ4にて接続する。
なお、はんだ供給の方法は様々であるが、一般的には半導体パッケージ1の電極パッド12へはんだボールをリフロー搭載する方法や、はんだペーストをマザーボード2の電極パッド13へ印刷する方法があり、これら何れの方法を用いてもよい。
The method for assembling the semiconductor package is not particularly limited, but a method for assembling the
The
There are various methods for supplying the solder. Generally, there are a method of reflow mounting a solder ball on the
なお、パッケージ基板7は絶縁樹脂15を含むコア層を備えてあれば、具体的な作製方法については、特に方法を限定するものではないが、一般的なパッケージ基板の作製方法について説明する。
まず、ベース樹脂、硬化剤、添加剤、無機充填材及び/又は有機充填材及び溶剤等を混合して、絶縁樹脂15の材料となる樹脂組成物を作製する。樹脂組成物をガラス織布もしくは不織布14に含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得る。このプリプレグを数枚重ね、その両側に銅箔を重ね、加熱・加圧条件でプレス成形し、コア層9となる銅張積層板を得る。コア層9に必要に応じてスルーホールや配線パターンを作製する。ここで、必要な配線を得るため、さらに多層化する必要がある場合は、コア層9の表裏面に新たな配線層を有する絶縁層を、ラミネータ法、プレス法、塗布法、印刷法などで作製し、必要に応じてビアホール、スルーホール、配線パターンを作製する工程を繰り返す。必要な配線を得られたら、最外層に回路保護用にソルダレジスト層10を設け、電極パッド12上のソルダレジスト層10を開口させる。最後に、用いるはんだ種に対応しためっきを電極パッド12に施し、パッケージ基板7を得る。
Note that, as long as the package substrate 7 includes a core layer including the insulating
First, a base resin, a curing agent, an additive, an inorganic filler and / or an organic filler, a solvent, and the like are mixed to produce a resin composition that is a material for the insulating
次に前記実施形態における半導体装置を用いた実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。 Next, the present invention will be described with reference to examples using the semiconductor device in the above embodiment, but the scope of the present invention is not limited to these examples.
パッケージ基板の作製手順を説明する。
(1)表1に、実施例1及び比較例1〜3に用いた絶縁樹脂のエポキシ樹脂、硬化剤、添加剤、無機充填材、有機充填材及び溶剤の種類と配合量(重量部)を示す。これらを混合して樹脂組成物とした。
(2)(1)で得られた樹脂組成物を厚みが0.1mmのガラス織布に含浸し、160℃で3分間加熱して半硬化のプリプレグを得た。さらに、このプリプレグを2枚重ね、その両側に厚さ18μmの銅箔を重ね、175℃、90分、2.5MPaの条件でプレス成型し、コア層となる銅張積層板を得た。得られた銅張積層板の厚みは、220〜240μmであった。
(3)該銅張積層板表裏面の銅箔をエッチングし、片面にははんだバンプ用の電極パッドと配線パターンとからなる配線層を、もう片面にはワイヤボンディング用の電極パッドと配線パターンとからなる配線層を作製した。図3に示すように、はんだバンプ用の電極パッド12は直径0.32mmとし、0.5mmピッチで、20列×20列の格子配列から中央の12列×12列を除いた配列で、計256個並べた。配線パターンは、マザーボードとはんだバンプで接続した際に、少なくとも四隅のはんだバンプの導通チェックが可能になるように作製した。ワイヤボンディング用の電極パッドと配線パターンは、はんだバンプ用の電極パッドと配線パターンを作製した面と、残銅率が同じになるように作製した。
(4)配線層を有するコア層の表裏面に、ソルダレジストAUS−308(品名、太陽インキ製造株式会社製)を所定の条件で塗布した。その後順次、露光・現像し、配線層を有するコア層の表裏面に、ソルダレジスト層を30μmの膜厚で作製した。その際、図3に示すように、はんだバンプ用電極パッド上のソルダレジスト開口16の直径が0.23mmとなるようにした。
(5)はんだバンプ用電極パッドに、電解法にてNiめっきを約10μm、金めっきを約3μm施した。
なお、これらはきわめて一般的な作製工程であるため、工程の合間の乾燥や洗浄等の処理については省略した。
A procedure for manufacturing a package substrate will be described.
(1) Table 1 shows the types and blending amounts (parts by weight) of epoxy resins, curing agents, additives, inorganic fillers, organic fillers and solvents used in Example 1 and Comparative Examples 1-3. Show. These were mixed to obtain a resin composition.
(2) A glass woven fabric having a thickness of 0.1 mm was impregnated with the resin composition obtained in (1) and heated at 160 ° C. for 3 minutes to obtain a semi-cured prepreg. Further, two prepregs were stacked, and a copper foil having a thickness of 18 μm was stacked on both sides thereof, and press-molded under the conditions of 175 ° C., 90 minutes, 2.5 MPa to obtain a copper clad laminate as a core layer. The thickness of the obtained copper clad laminate was 220 to 240 μm.
(3) Etching the copper foils on the front and back surfaces of the copper clad laminate, wiring layer consisting of solder bump electrode pads and wiring patterns on one side, and wire bonding electrode pads and wiring patterns on the other side A wiring layer comprising: As shown in FIG. 3, the
(4) Solder resist AUS-308 (product name, manufactured by Taiyo Ink Manufacturing Co., Ltd.) was applied to the front and back surfaces of the core layer having the wiring layer under predetermined conditions. Thereafter, exposure and development were sequentially performed, and a solder resist layer having a thickness of 30 μm was formed on the front and back surfaces of the core layer having the wiring layer. At that time, as shown in FIG. 3, the diameter of the solder resist opening 16 on the solder bump electrode pad was set to 0.23 mm.
(5) About 10 μm of Ni plating and about 3 μm of gold plating were applied to the electrode pads for solder bumps by electrolysis.
In addition, since these are very general production steps, the processes such as drying and washing between steps are omitted.
マザーボードの作製手順を説明する。
(1)表裏面に厚さ18μmの銅箔を備えた、厚さ0.6mmの両面銅張積層板MCL−E−67(品名、日立化成工業株式会社製)をエッチングし、表裏面にはんだバンプ用の電極パッド及び配線パターンを作製した。図3に示すように、はんだバンプ用の電極パッドは直径0.32mmとし、0.5mmピッチで、20列×20列の格子配列から中央の12列×12列を除いた配列で、計256個並べた。配線パターンはパッケージ基板をはんだバンプで接続した際に、少なくとも四隅のはんだバンプの導通チェックが可能になるように作製した。
(2)パッケージ基板の作製手順(4)と同様に、ソルダレジスト層を作製した。図3に示すように、はんだバンプ用電極パッド13上のソルダレジスト開口17の直径が0.23mmとなるようにした。
(3)はんだバンプ用電極パッド及び導通チェック用パッドに、電解法にてNiめっきを約10μm、電解法で金めっきを約3μm施した。
(4)図4に示すように、格子配列したはんだバンプ用電極パッド18の中心位置が中央になるように、落下衝撃試験の際に基板を落下治具に固定するための穴19を、70mm×30mmの間隔で4箇所に、直径3.2mmで開けた。その後、格子配列したはんだバンプ用電極パッドの中心位置が中央になるように、110mm×50mmに切断した。
なお、これらはきわめて一般的な作製工程であるため、工程の合間の乾燥や洗浄等の処理については省略した。
A procedure for manufacturing a motherboard will be described.
(1) Etching a 0.6 mm thick double-sided copper-clad laminate MCL-E-67 (product name, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) with 18 μm thick copper foil on the front and back surfaces, and soldering on the front and back surfaces Bump electrode pads and wiring patterns were prepared. As shown in FIG. 3, the electrode pads for solder bumps have a diameter of 0.32 mm, a pitch of 0.5 mm, and an array obtained by removing the central 12 rows × 12 rows from the 20 rows × 20 rows grid arrangement, for a total of 256. Arranged. The wiring pattern was prepared so that the continuity check of the solder bumps at least at the four corners was possible when the package substrates were connected by solder bumps.
(2) A solder resist layer was produced in the same manner as in the package substrate production procedure (4). As shown in FIG. 3, the solder resist opening 17 on the solder
(3) The solder bump electrode pad and the continuity check pad were subjected to Ni plating by an electrolytic method of about 10 μm and gold plating of about 3 μm by an electrolytic method.
(4) As shown in FIG. 4, a
In addition, since these are very general production steps, the processes such as drying and washing between steps are omitted.
半導体パッケージの組立手順について説明する。
(1)8mm×8mm×0.1mmの半導体素子が、パッケージ基板に格子配列したはんだバンプ用電極パッドの中央裏面に位置するように、膜厚25μmのダイボンド材、HIATTACH FH−900(品名、日立化成工業株式会社製)を用いて、130℃、0.08MPa(5N)、1秒の条件で接着した。
(2)封止材、CEL−9240HF10(品名、日立化成工業株式会社製)を、トランスファプレスを用い、175℃、6.9MPa、90秒の条件で、パッケージ基板上に0.3mmの厚さで成型し、半導体素子とダイボンド材を封止した。その後、175℃、5時間の条件で、封止材を完全硬化させた。
(3)半導体素子が中央になるように、ダイサーを用いて10mm×10mmの大きさに個片化し、半導体パッケージを得た。
A procedure for assembling the semiconductor package will be described.
(1) A die bond material having a film thickness of 25 μm, HIATTACH FH-900 (product name, Hitachi, Ltd.) so that a semiconductor element of 8 mm × 8 mm × 0.1 mm is positioned on the center back surface of the electrode pad for solder bumps arrayed on the package substrate Using a Kasei Kogyo Co., Ltd.), bonding was performed under conditions of 130 ° C., 0.08 MPa (5 N), 1 second.
(2) A sealing material, CEL-9240HF10 (product name, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) was transferred using a transfer press under conditions of 175 ° C., 6.9 MPa, 90 seconds, and a thickness of 0.3 mm on the package substrate. The semiconductor element and the die bond material were sealed. Thereafter, the encapsulant was completely cured at 175 ° C. for 5 hours.
(3) A semiconductor package was obtained by dividing into pieces of 10 mm × 10 mm using a dicer so that the semiconductor element was in the center.
半導体パッケージとマザーボードの接続手順について説明する。
(1)半導体パッケージのはんだバンプ用電極パッド上にフラックス、スパークルフラックスWF−6300LF(品名、千住金属株工業式会社製)を適量転写した。
(2)その上に、直径0.3mm、融点217℃、Sn−Ag−Cu系のはんだボール、エコソルダーボールS 705M(品名、千住金属工業株式会社)を配置した。
(3)窒素雰囲気下のリフロー炉にてはんだを溶融・凝固させ、はんだバンプ用電極パッド上にはんだボールを付けた。その際、IPC/JEDEC J−STD−020Cによって定められた鉛フリーはんだ用のリフロープロファイルを用いた。
(4)マザーボードのはんだバンプ用電極パッド上にフラックス、スパークルフラックスWF−6300LF(品名、千住金属株工業式会社製)を適量転写した。
(5)マザーボードと半導体パッケージの対応する電極パッド同士が対向するように、はんだボール付き半導体パッケージを位置合わせした。
(6)窒素雰囲気下のリフロー炉にてはんだを溶融・凝固させ、電極パッド同士を接続した。その際、IPC/JEDEC J−STD−020Cによって定められた鉛フリーはんだ用のリフロープロファイルを用いた。
A connection procedure between the semiconductor package and the motherboard will be described.
(1) An appropriate amount of flux, sparkle flux WF-6300LF (product name, manufactured by Senju Metal Co., Ltd.) was transferred onto an electrode pad for solder bumps of a semiconductor package.
(2) A 0.3 mm diameter, melting point 217 ° C., Sn—Ag—Cu solder ball, Eco Solder Ball S 705M (product name, Senju Metal Industry Co., Ltd.) was placed thereon.
(3) The solder was melted and solidified in a reflow furnace under a nitrogen atmosphere, and solder balls were attached on the electrode pads for solder bumps. At that time, the reflow profile for lead-free solder defined by IPC / JEDEC J-STD-020C was used.
(4) An appropriate amount of flux, sparkle flux WF-6300LF (product name, manufactured by Senju Metal Co., Ltd.) was transferred onto the solder bump electrode pads of the motherboard.
(5) The semiconductor package with solder balls was aligned so that the corresponding electrode pads of the mother board and the semiconductor package face each other.
(6) The solder was melted and solidified in a reflow furnace under a nitrogen atmosphere, and the electrode pads were connected. At that time, the reflow profile for lead-free solder defined by IPC / JEDEC J-STD-020C was used.
落下衝撃試験実施の手順を説明する。
(1)図5にあるように、マザーボード2をバスタブ状の落下治具20(硬質ポリスチレン製)に設けた4本のねじ止め柱21(鉄製、間隔70mm×30mm、高さ10mm)を用いてねじ止めした。その際、マザーボード2にはんだバンプ4で接続した半導体パッケージ1が下になるように固定した。
(2)高さ750mmから、落下治具20下面がコンクリートブロック22にほぼ平行にぶつかるように落下させた。同時に、半導体パッケージ1とマザーボード2を接続しているはんだバンプ4の導通をチェックし、落下衝撃時の導通不良が確認されるまで落下を繰返し、落下させた回数を落下衝撃試験結果とした。
The procedure for performing the drop impact test will be described.
(1) As shown in FIG. 5, the
(2) From the height of 750 mm, the dropping
絶縁樹脂の弾性率と熱膨張係数の測定方法について説明する。
(1)パッケージ基板の作製手順の(2)で得た、実施例1及び比較例1〜3に用いた樹脂組成物を含浸させ半硬化したプリプレグから、ガラス織布を分離し半硬化樹脂を粉状にした物を、トランスファプレスと所定の金型を用いて、180℃、6.9MPaの条件で15分間加熱し、60mm×6mm×1.5mmに成形した後、180℃、常圧の条件で2時間加熱して硬化させた。
(2)弾性率測定の場合は、硬化した絶縁樹脂を60mm×6mm×1.5mmの絶縁樹脂を、粘弾性測定装置DMS6100(品名、セイコーインスツルメンツ株式会社製)を用い、昇温速度5℃/min、計測距離20mm、周波数1Hz、振幅5μmの両持ち曲げ法で測定した。なお、データ採取は1℃昇温する度に、最低1回以上行った。
(3)熱膨張係数測定の場合は、硬化した絶縁樹脂を20mm×1.5mm×1.5mmに切り出し、熱機械的分析装置TMA/SS6100(品名、セイコーインスツルメンツ株式会社製)を用い、昇温速度5℃/min、計測距離20mm、試料断面積2.3mm2の圧縮法で測定した。なお、データ採取は1℃昇温する度に、最低1回以上行った。
A method for measuring the elastic modulus and thermal expansion coefficient of the insulating resin will be described.
(1) A glass woven fabric is separated from a prepreg obtained by impregnating the resin composition used in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 and semi-cured, obtained in (2) of the package substrate production procedure, and a semi-cured resin is obtained. The powdered product was heated for 15 minutes under conditions of 180 ° C. and 6.9 MPa using a transfer press and a predetermined mold, molded into 60 mm × 6 mm × 1.5 mm, and then at 180 ° C. under normal pressure. It was cured by heating for 2 hours under conditions.
(2) In the case of elastic modulus measurement, the cured insulating resin is 60 mm × 6 mm × 1.5 mm insulative resin and viscoelasticity measuring device DMS6100 (product name, manufactured by Seiko Instruments Inc.) is used. It was measured by a double-end bending method with min,
(3) In the case of measuring the thermal expansion coefficient, the cured insulating resin is cut into 20 mm × 1.5 mm × 1.5 mm, and the temperature is increased using a thermomechanical analyzer TMA / SS6100 (product name, manufactured by Seiko Instruments Inc.). The measurement was performed by a compression method with a speed of 5 ° C./min, a measurement distance of 20 mm, and a sample cross-sectional area of 2.3 mm 2 . Data collection was performed at least once each time the temperature was raised by 1 ° C.
半導体パッケージのねじれ及び四隅のはんだバンプ接続高さは、非接触式レーザー変位計、YP−10(商品名、ソニープレシジョンテクノロジー株式会社製)を用いて測定した。半導体パッケージのねじれは、半導体パッケージ封止材面の両対角線で測定した反り量の差とした。 The twist of the semiconductor package and the solder bump connection height at the four corners were measured using a non-contact laser displacement meter, YP-10 (trade name, manufactured by Sony Precision Technology Co., Ltd.). The twist of the semiconductor package was defined as a difference in the amount of warpage measured on both diagonal lines of the semiconductor package sealing material surface.
表2に、実施例1及び比較例1〜3における、特性値A、半導体パッケージのねじれ、はんだバンプ接続高さの最小値及び落下衝撃試験結果を示す。
表2から明らかなように、実施例1は比較例1〜3と比較して、特性値Aが低く抑えられていることにより、封止温度からはんだバンプ凝固温度近辺である175℃から217℃でのパッケージ基板が発生する応力が低く抑えられるため、半導体パッケージのねじれが小さく、はんだバンプの接続高さの最小値が高く、耐落下衝撃性が向上していることが分かる。
Table 2 shows the characteristic value A, the twist of the semiconductor package, the minimum value of the solder bump connection height, and the drop impact test result in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
As is clear from Table 2, the characteristic value A of Example 1 is kept low compared with Comparative Examples 1 to 3, and therefore, from 175 ° C. to 217 ° C., which is near the solder bump solidification temperature from the sealing temperature. It can be seen that the stress generated by the package substrate is kept low, the twist of the semiconductor package is small, the minimum connection height of the solder bumps is high, and the drop impact resistance is improved.
1 半導体パッケージ
2 マザーボード
3 局所的に距離が短くなる隅
4 はんだバンプ
5 半導体素子
6 封止材
7 パッケージ基板
8 ダイボンド材
9 コア層
10 ソルダレジスト層
11 配線層
12 電極パッド
13 マザーボードの電極パッド
14 ガラス織布もしくは不織布
15 絶縁樹脂
16 パッケージ基板のソルダレジスト開口
17 マザーボードのソルダレジスト開口
18 格子配列したはんだバンプ用電極パッド
19 基板を落下治具に固定するための穴
20 落下治具
21 ねじ止め柱
22 コンクリートブロック
DESCRIPTION OF
Claims (3)
で表されるビフェニルノボラック型エポキシ樹脂を含有するエポキシ樹脂、及び、硬化剤を含有する樹脂組成物の硬化物であることを特徴とする半導体パッケージ。 In a semiconductor package having a package substrate having a core layer containing an insulating resin, the insulating resin has the following general formula (4):
A semiconductor package, which is a cured product of an epoxy resin containing a biphenyl novolac type epoxy resin represented by formula (I) and a resin composition containing a curing agent.
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