JP2017130521A - Semiconductor package substrate with stiffener, semiconductor package, and method for manufacturing the same - Google Patents

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石井 智之
Tomoyuki Ishii
智之 石井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method capable of reducing warpage of a semiconductor package substrate, and further capable of suppressing and preventing chipping and cracking in an outer edge part of the semiconductor package substrate and on a side surface thereof even under a high and low temperature environment, a semiconductor package substrate, and a semiconductor package.SOLUTION: A semiconductor package substrate with a stiffener includes: a core base material; insulating resins of two or more layers laminated on the core base material; a wiring pattern formed between the insulating resins, on a surface of the insulating resin, or on a surface of the core base material; an electrode pad connected to at least a part of the wiring pattern; a solder resist laminated in the insulating resin separated farthest from the core base material among the insulating resins and including an opening through which at least the electrode pad is exposed; a semiconductor package substrate including the core base material and a stress relaxation layer formed on a side surface of the insulating resin; and a stiffener stuck via an adhesive layer laminated on the stress relaxation layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、スティフナ付き半導体パッケージ基板、および半導体パッケージに関する。   The present invention relates to a semiconductor package substrate with a stiffener, and a semiconductor package.

半導体チップとマザーボード間の電気的接続のために半導体パッケージ基板が使用されている。また、半導体パッケージ基板には半導体チップと半導体パッケージが実装されるプリント配線板との熱膨張係数の相違の橋渡しを行い、システムの実装の接合信頼性を高める役割もある。このような役割から半導体パッケージ基板は、インターポーザ基板などと呼ばれる。   A semiconductor package substrate is used for electrical connection between a semiconductor chip and a motherboard. The semiconductor package substrate also serves to bridge the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor chip and the printed wiring board on which the semiconductor package is mounted, thereby increasing the bonding reliability of the system mounting. Because of this role, the semiconductor package substrate is called an interposer substrate.

また、半導体パッケージ基板は、基板内の配線幅、ピッチを各層で変化させることで、半導体チップ、マザーボード相互の線幅、ピッチに変換し電気的接続を得ている。   In addition, the semiconductor package substrate is converted into a line width and pitch between the semiconductor chip and the mother board by changing the wiring width and pitch in the substrate in each layer to obtain electrical connection.

一方、半導体パッケージ基板と半導体チップの接続・実装方式は使用する状況により様々あるが半導体チップと半導体パッケージ基板をはんだや金等の金属接合で接続するフリップチップ接続・実装が多用されている。フリップチップ接続は半導体チップの端子面を基板側の端子面に配置することにより多くの端子を半導体パッケージ基板と接続できるため、高性能の半導体パッケージに多く用いられている。   On the other hand, there are various methods for connecting / mounting the semiconductor package substrate and the semiconductor chip depending on the situation of use, but flip-chip connection / mounting is often used in which the semiconductor chip and the semiconductor package substrate are connected by metal bonding such as solder or gold. Flip chip connection is often used in high performance semiconductor packages because many terminals can be connected to the semiconductor package substrate by arranging the terminal surface of the semiconductor chip on the terminal surface on the substrate side.

しかし、基板の厚さが薄い半導体パッケージ基板および、コア基材を有しないいわゆるコアレス基板に半導体チップをフリップチップ実装する際に、はんだ接合するために高温炉にて加熱する。この時に半導体パッケージ基板に反りが発生し、半導体チップと半導体パッケージ基板間の隣接するはんだ同士が離れ、接続のオープン不良が生じる。あるいは、逆にはんだが一体化することにより接続がショートの状態となる等の不具合が発生し、適切にはんだ接合ができない問題がある。さらに、はんだ接合後の冷却時には半導体チップと半導体パッケージ基板の線膨張係数(CTE)の差の影響で半導体パッケージが反り、はんだバンプに応力が発生し、はんだにクラックが生じる。これらの影響により、製造の歩留まりやはんだ接合部の信頼性を十分に確保できない問題がある。   However, when a semiconductor chip is flip-chip mounted on a semiconductor package substrate having a thin substrate thickness and a so-called coreless substrate having no core base material, heating is performed in a high-temperature furnace for solder bonding. At this time, warpage occurs in the semiconductor package substrate, the adjacent solders between the semiconductor chip and the semiconductor package substrate are separated, and an open connection failure occurs. Or, conversely, when the solder is integrated, there is a problem that the connection is short-circuited and the like, and there is a problem that the soldering cannot be performed properly. Further, during cooling after solder bonding, the semiconductor package warps due to the difference in coefficient of linear expansion (CTE) between the semiconductor chip and the semiconductor package substrate, stress is generated in the solder bumps, and cracks are generated in the solder. Due to these effects, there is a problem that the manufacturing yield and the reliability of the solder joint cannot be sufficiently secured.

そこで従来から、半導体パッケージ基板の半導体チップを搭載する面および搭載面と反対面にスティフナと呼ばれる高い剛性を有する金属および樹脂材料の枠状の補強材を形成することが実施されている。そのようにするとはんだ接合の加熱時および冷却時の基板の反りが抑制され、実装後の反りやはんだバンプに生じる応力を低減し、接続信頼性を確保している。   Therefore, conventionally, a frame-shaped reinforcing material made of a metal and a resin material having high rigidity called a stiffener has been formed on the surface of the semiconductor package substrate on which the semiconductor chip is mounted and on the surface opposite to the mounting surface. If it does so, the curvature of the board | substrate at the time of the heating and cooling of a solder joint will be suppressed, the stress which arises in the curvature after mounting and a solder bump will be reduced, and connection reliability is ensured.

また、近年では高性能なシステムを短期間で開発するために従来のSoC(System on a Chip)だけでなく、1つのパッケージ上で大規模なシステムを構築するSiP(System in Package)が用いられている。例えば、CPU・GPUと大容量メモリ等の複数の半導体チップを1つのパッケージ基板上に隣同士に配置する場合やチップ同士をスタックし、3次元に配置する形態もある。   In recent years, not only the conventional SoC (System on a Chip) but also SiP (System in Package) for building a large-scale system on one package is used to develop a high-performance system in a short period of time. ing. For example, there are cases where a plurality of semiconductor chips such as a CPU / GPU and a large-capacity memory are arranged next to each other on a single package substrate, or chips are stacked and arranged three-dimensionally.

また、2、3次元に複数の半導体チップを配置する形態においては、半導体パッケージ基板には数μm幅の微細配線や数十μmピッチのマイクロバンプの形成が求められている。これらの狭いバンプピッチの実装を実現するために、コア部に寸法安定性が高い材料を用いたインターポーザが提案されている。例えば、基板のコア部が半導体チップと材料が同じであるシリコンインターポーザや高い絶縁性を有し、半導体チップと線膨張係数が近いガラスインターポーザなどが提案されている。   Further, in a form in which a plurality of semiconductor chips are arranged two or three-dimensionally, it is required to form fine wiring with a width of several μm and micro bumps with a pitch of several tens of μm on the semiconductor package substrate. In order to realize mounting with such a narrow bump pitch, an interposer using a material having high dimensional stability for the core portion has been proposed. For example, a silicon interposer in which the core part of the substrate is made of the same material as that of the semiconductor chip and a glass interposer having a high insulating property and a linear expansion coefficient close to that of the semiconductor chip have been proposed.

図5は従来の半導体パッケージの構成を示す断面図である。フリップチップ実装方式を用いて半導体チップを半導体パッケージ基板に配置した構造の例である。半導体チップ1と半導体パッケージ基板2がはんだバンプ3を介して接合されている。また、半導体チップ搭載面外縁部にスティフナ4を配置している。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional semiconductor package. It is an example of the structure which has arrange | positioned the semiconductor chip on the semiconductor package board | substrate using the flip chip mounting system. The semiconductor chip 1 and the semiconductor package substrate 2 are joined via solder bumps 3. Further, a stiffener 4 is disposed on the outer edge portion of the semiconductor chip mounting surface.

図6は半導体パッケージ基板の構造を示す図である。半導体パッケージ基板の中心部にはガラスエポキシ樹脂やガラス、シリコン板を用いたコア基材6を形成している。またコア基材の上下に配線パターン7、絶縁樹脂8の順に積層されている。さらに各配線パターン層の導通のため、コア層およびビルドアップ層にスルーホール電極9またはビア10を設けている。また、最上部または最下部の絶縁樹脂層上にはソルダーレジスト11が形成され、ソルダーレジストがない部分は電極パッド12が形成されている。   FIG. 6 is a diagram showing the structure of the semiconductor package substrate. A core base 6 using glass epoxy resin, glass, or silicon plate is formed at the center of the semiconductor package substrate. Further, the wiring pattern 7 and the insulating resin 8 are laminated in this order on the top and bottom of the core substrate. Further, through-hole electrodes 9 or vias 10 are provided in the core layer and the buildup layer for conduction of each wiring pattern layer. Further, a solder resist 11 is formed on the uppermost or lowermost insulating resin layer, and an electrode pad 12 is formed in a portion without the solder resist.

ここで、シリコンインターポーザやガラスインターポーザなどはコア部の弾性率が従来のガラスエポキシ系材料と比較して高いため、基板搬送時の基板とケースの接触および実装工程のジグ装着時などのジグと基板の接触により容易にコア部外縁部および側面に欠けや割れが発生する。また、コア基材上に絶縁樹脂や配線パターンなどを複数層積層するため、コア基材とビルドアップ層の界面には積層時に応力が掛かっている。ダイシング時などによりコア基材外縁部および側面に微小の欠陥が生じると応力が作用し、それを起点としてクラックが発生する可能性がある。   Here, silicon interposers, glass interposers, etc. have a higher modulus of elasticity in the core than conventional glass epoxy materials, so jigs and substrates such as contact between the substrate and the case during substrate transportation and jig mounting during the mounting process Due to the contact, chipping and cracking are easily generated on the outer edge and side surfaces of the core. In addition, since a plurality of layers of insulating resin, wiring patterns, and the like are laminated on the core base material, stress is applied to the interface between the core base material and the buildup layer during the lamination. If minute defects are generated on the outer edge and side surfaces of the core base material during dicing or the like, stress acts and cracks may be generated starting from the stress.

図7はコア部の欠けや割れの例として半導体パッケージ基板の端部の構造を示す図である。図7(a)はコア中央部の割れ、図7(b)はコア角部の欠け、図7(c)はコア中央部の欠けを示している。   FIG. 7 is a view showing the structure of the end portion of the semiconductor package substrate as an example of chipping or cracking of the core portion. FIG. 7A shows a crack at the center of the core, FIG. 7B shows a chip at the core corner, and FIG. 7C shows a chip at the core center.

また、高低温環境下においてコア基材とビルドアップ層界面の応力の方向や大きさが変化することで、これらのコア部の欠けや割れは進展および新たに発生する可能性がある。また、半導体パッケージとマザーボードなどのプリント配線板との実装時にも半導体パッケージが反り、コア基材に応力が発生し、欠けや割れが進展する可能性がある。欠けや割れがスルーホールや基材上の配線層に達した場合には配線断線に繋がる。そのため、半導体パッケージのコア部の欠けや割れは半導体パッケージの接続信頼性低下に大きく影響する。よって、コア部の欠けや割れの抑制および防止することが必要になる。   Further, when the direction and magnitude of the stress at the interface between the core base material and the buildup layer change under a high and low temperature environment, chipping and cracking of these core portions may progress and newly occur. In addition, the semiconductor package may warp when the semiconductor package is mounted on a printed wiring board such as a mother board, stress may be generated in the core base material, and chipping or cracking may develop. When the chipping or cracking reaches the through hole or the wiring layer on the base material, it leads to the disconnection of the wiring. For this reason, chipping or cracking of the core portion of the semiconductor package greatly affects the connection reliability of the semiconductor package. Therefore, it is necessary to suppress and prevent the chipping and cracking of the core portion.

これらの問題の解決案として、スティフナの外形寸法を半導体パッケージ基板外形寸法よりも大きくし、基板の厚さ方向に屈曲した被覆部を設けることにより半導体パッケージ基板(コアレス基板)外縁部および側面を覆う構造が提案されている(特許文献1)。この方法ではスティフナによる基板の剛性の維持と基板の外縁部および側面の破損を防止することができる。しかしながら、この方法では半導体パッケージ基板側面とスティフナは接着剤等を用いて接着されているため、高低温環境下にはスティフナと半導体パッケージ基板の線膨張係数の違いからスティフナ、接着剤、半導体パッケージ基板の各界面に応力が発生し、引っ張り応力ではコア部側面が接着剤と一緒に剥がれが生じたり、圧縮応力では割れが発生したりするおそれがある。   As a solution to these problems, the outer dimension of the stiffener is made larger than the outer dimension of the semiconductor package substrate, and the outer edge and the side surface of the semiconductor package substrate (coreless substrate) are covered by providing a cover portion bent in the thickness direction of the substrate. A structure has been proposed (Patent Document 1). In this method, it is possible to maintain the rigidity of the substrate by the stiffener and to prevent the outer edge portion and the side surface of the substrate from being damaged. However, in this method, since the side surface of the semiconductor package substrate and the stiffener are bonded using an adhesive or the like, the stiffener, the adhesive, and the semiconductor package substrate are used in a high and low temperature environment due to the difference in the coefficient of linear expansion between the stiffener and the semiconductor package substrate. Stress is generated at each of the interfaces, and the tensile stress may cause the core side surface to peel off together with the adhesive, or the compressive stress may cause cracking.

また、スティフナ貼付前に発生した半導体パッケージ基板側面の欠けや割れはスティフナ接着後も残っているため、スティフナが形成された後でも大きな衝撃や高低温環境下による応力方向や量の変化によって進展する可能性があり、配線断線に繋がるおそれがある。   In addition, chippings and cracks on the side of the semiconductor package substrate that occurred before sticking the stiffener remain even after the stiffener is bonded, so even after the stiffener is formed, it develops due to large impacts and changes in the direction and amount of stress due to high and low temperature environments. There is a possibility that it may lead to disconnection of the wiring.

特開2010−238828号公報JP 2010-238828 A

本発明は、以上の事情の下になされ、半導体パッケージにおいて、半導体パッケージ基板の反りを低減し、さらに高低温環境下においても半導体パッケージ基板の外縁部および側面の欠けや割れの抑制および防止する製造方法、半導体パッケージ基板、半導体パッケージを提供することを目的とする。   The present invention has been made under the above circumstances, and in a semiconductor package, the warpage of the semiconductor package substrate is reduced, and further, the chipping and cracking of the outer edge and side surfaces of the semiconductor package substrate are suppressed and prevented even in a high and low temperature environment. It is an object to provide a method, a semiconductor package substrate, and a semiconductor package.

本発明の一態様は、パターン配線および絶縁樹脂を積層した半導体パッケージ基板において、半導体パッケージ基板の外縁部および側面に応力緩和層を有することを特徴とする半導体パッケージの製造方法としたものである。
配線パターンおよび絶縁樹脂が積層された半導体パッケージ基板の最表面の少なくとも一部あるいは半導体パッケージ基板の側面に応力緩和層を形成する応力緩和層形成工程と、応力緩和層形成工程後に、応力緩和層を介して半導体パッケージ基板にスティフナを貼付けるスティフナ貼付け工程とを含むスティフナ付き半導体パッケージ基板の製造方法である。
One embodiment of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor package, characterized in that in a semiconductor package substrate in which pattern wiring and insulating resin are laminated, a stress relaxation layer is provided on an outer edge portion and a side surface of the semiconductor package substrate.
A stress relaxation layer forming step of forming a stress relaxation layer on at least a part of the outermost surface of the semiconductor package substrate on which the wiring pattern and the insulating resin are laminated or a side surface of the semiconductor package substrate, and a stress relaxation layer after the stress relaxation layer formation step And a stiffener attaching step of attaching a stiffener to the semiconductor package substrate.

本発明の別の一態様は、コア基材と、コア基材に積層される少なくとも2層以上の絶縁樹脂と、絶縁樹脂の間、または絶縁樹脂の表面、またはコア基材の表面に形成される配線パターンと、配線パターンの少なくとも一部と接続する電極パッドと、絶縁樹脂の内、コア基材から最も離れている絶縁樹脂に積層され、かつ少なくとも電極パッドが露出する開口部を有するソルダーレジストと、コア基材および絶縁樹脂の側面に形成された応力緩和層とを含む半導体パッケージ基板と、応力緩和層に積層された接着層を介して貼付けられたスティフナとを含む、スティフナ付き半導体パッケージ基板である。   Another embodiment of the present invention is formed between the core base material, at least two or more layers of the insulating resin laminated on the core base material, the insulating resin, the surface of the insulating resin, or the surface of the core base material. A wiring pattern, an electrode pad connected to at least a part of the wiring pattern, and a solder resist having an opening that is laminated on the insulating resin farthest from the core base material, and at least exposes the electrode pad A semiconductor package substrate including a core base material and a stress relaxation layer formed on a side surface of the insulating resin, and a stiffener pasted through an adhesive layer laminated on the stress relaxation layer It is.

本発明の別の一態様は、このスティフナ付き半導体パッケージ基板と、アンダーフィルを介して電極パッドに接続された半導体チップとを含む、半導体パッケージである。   Another aspect of the present invention is a semiconductor package including the semiconductor package substrate with a stiffener and a semiconductor chip connected to an electrode pad through an underfill.

また、本発明の別の一態様は、コア基材と、コア基材に積層される少なくとも2層以上の絶縁樹脂と、絶縁樹脂の間または絶縁樹脂の表面に形成される配線パターンと、配線パターンの少なくとも一部と接続する電極パッドと、絶縁樹脂の内、コア基材から最も離れている絶縁樹脂に積層され、かつ少なくとも電極パッドが露出する開口部を有するソルダーレジストと、コア基材および絶縁樹脂側面に応力緩和層と半導体パッケージ基板の半導体チップ搭載面および反対面にスティフナを含む、半導体パッケージ基板である。   Another embodiment of the present invention includes a core base material, at least two or more layers of insulating resin laminated on the core base material, a wiring pattern formed between the insulating resins or on the surface of the insulating resin, and wiring An electrode pad connected to at least a part of the pattern, a solder resist laminated on an insulating resin farthest from the core substrate among the insulating resins, and having an opening through which at least the electrode pad is exposed; a core substrate; The semiconductor package substrate includes a stress relaxation layer on a side surface of the insulating resin, a semiconductor chip mounting surface of the semiconductor package substrate, and a stiffener on the opposite surface.

本発明によると、反りが低減され、さらに高低温環境下においても半導体パッケージ基板の外縁部および側面の欠けや割れが抑制された半導体パッケージ基板、および半導体パッケージ、またそれらの製造方法が提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor package substrate, a semiconductor package, and a manufacturing method thereof in which warpage is reduced and chipping and cracking of the outer edge and side surfaces of the semiconductor package substrate are suppressed even in a high and low temperature environment.

本発明の実施例における半導体パッケージの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor package in the Example of this invention. 本発明の実施例における半導体パッケージの上面図である。It is a top view of the semiconductor package in the Example of this invention. 本発明の変形例における半導体パッケージの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor package in the modification of this invention. 本発明の実施例における半導体パッケージの上面図である。It is a top view of the semiconductor package in the Example of this invention. 従来の半導体パッケージの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional semiconductor package. 従来の半導体パッケージ基板の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional semiconductor package board | substrate. 従来の半導体パッケージ基板のコア部の欠け、割れを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the chip | tip and the crack of the core part of the conventional semiconductor package board | substrate.

以下に本発明による半導体パッケージの製造方法を、その実施の形態に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるわけではない。   Hereinafter, a semiconductor package manufacturing method according to the present invention will be described based on an embodiment thereof, but the present invention is not limited thereto.

図2は本発明の実施例における半導体パッケージの上面図である。本発明はスティフナ4の外形寸法が半導体パッケージ基板2の外形寸法よりも大きい。なおスティフナのはみ出し量は0.1mm〜5mmが好ましい。また、スティフナ外縁部が半導体パッケージ基板のコア基材6の側面を被覆するように基板厚さ方向に屈曲した屈曲部を有している。なお、屈曲部の基板の厚さ方向の寸法は半導体パッケージ基板の厚さ以上とする。そうすることで半導体パッケージ基板側面を確実に被覆することができる。また、スティフナの形成面は規定されず、半導体パッケージ基板のハンプや配線パターン7の設計に応じて半導体チップ1搭載面および反対面に形成する。
本発明では、半導体パッケージ基板とスティフナが一体になったものをスティフナ付き半導体パッケージ基板と呼んでいる。スティフナ付き半導体パッケージ基板にさらに半導体チップを接合したものを半導体パッケージと呼んでいる。
FIG. 2 is a top view of the semiconductor package in the embodiment of the present invention. In the present invention, the outer dimension of the stiffener 4 is larger than the outer dimension of the semiconductor package substrate 2. The protruding amount of the stiffener is preferably 0.1 mm to 5 mm. Further, the stiffener outer edge portion has a bent portion bent in the substrate thickness direction so as to cover the side surface of the core base material 6 of the semiconductor package substrate. The dimension of the bent portion in the thickness direction of the substrate is equal to or greater than the thickness of the semiconductor package substrate. By doing so, the side surface of the semiconductor package substrate can be reliably covered. Further, the formation surface of the stiffener is not defined, and it is formed on the semiconductor chip 1 mounting surface and the opposite surface according to the hump of the semiconductor package substrate and the design of the wiring pattern 7.
In the present invention, an integrated semiconductor package substrate and stiffener is called a semiconductor package substrate with a stiffener. A semiconductor package in which a semiconductor chip is further bonded to a semiconductor package substrate with a stiffener is called a semiconductor package.

図1は本発明における半導体パッケージの構造を示す断面図である。半導体パッケージ基板2はコア基材6、コア基材の両面に形成されたビア10、ランド、その両面に配線パターン7を有している。なお、コア基材には各配線パターンを接続するために厚み方向にスルーホール電極9を有している。ビアは、必要に応じて配線パターン同士を接続するために用いられる。ランドは、スルーホール電極と、ビアまたは配線パターンとを接続するために適宜用いられる。コア基材の材料は例えばガラスエポキシ樹脂、シリコン、ガラスを用いることができる。また、配線パターン上には絶縁樹脂8を1層または積層され、コア基材にはビルドアップ層が形成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor package according to the present invention. The semiconductor package substrate 2 has a core base 6, vias 10 formed on both sides of the core base, lands, and wiring patterns 7 on both sides thereof. The core substrate has through-hole electrodes 9 in the thickness direction for connecting each wiring pattern. The via is used to connect the wiring patterns as necessary. The land is appropriately used for connecting the through-hole electrode and the via or the wiring pattern. For example, glass epoxy resin, silicon, or glass can be used as the material of the core base material. Further, one layer or laminated insulating resin 8 is formed on the wiring pattern, and a buildup layer is formed on the core base material.

ビルドアップ層はビルドアップ工法により形成され、絶縁樹脂と配線パターンを有する。絶縁樹脂は例えばエポキシ系、ポリイミド系樹脂が用いられ、樹脂にフィラーを添加した材料も用いることができる。また、配線パターンは例えば銅を用いる。なお、各層の配線パターンはビアにより相互に電気的に接続されている。   The buildup layer is formed by a buildup method and has an insulating resin and a wiring pattern. For example, an epoxy resin or a polyimide resin is used as the insulating resin, and a material obtained by adding a filler to the resin can also be used. Further, for example, copper is used for the wiring pattern. Note that the wiring patterns of each layer are electrically connected to each other by vias.

さらに、最上層、最下層の配線パターンには電気信号を外部に接続するために電極パッド12が形成されている。また、最表面には電極パッド上に開口するようにソルダーレジスト11が形成される。なお、ソルダーレジストの材料は例えば、感光性エポキシ樹脂や樹脂にフィラーを添加した材料も用いることができる。   Further, electrode pads 12 are formed on the uppermost and lowermost wiring patterns to connect electrical signals to the outside. A solder resist 11 is formed on the outermost surface so as to open on the electrode pad. In addition, the material which added the filler to the photosensitive epoxy resin and resin can also be used for the material of a soldering resist, for example.

その後電極パッド上にはんだバンプ3を印刷法やはんだボール振込み法などを用いてはんだバンプを形成する。   Thereafter, solder bumps 3 are formed on the electrode pads by using a printing method or a solder ball transfer method.

[応力緩和層形成工程]
次に半導体パッケージ基板の少なくとも側面に応力緩和層14を形成する。必要に応じて、半導体パッケージ基板の外縁部の少なくとも一部にも形成する。なお、外縁部とは、半導体パッケージ基板の最表面であり、かつ側面の近傍のことを指す。スティフナが貼付けられるため、外縁部の幅はある程度必要であり、数十μm以上、例えば100μmあればよい。
コア部ビルドアップ層を含む半導体パッケージ基板側面全体に応力緩和層を形成する。応力緩和層の厚さは高低温環境下において発生する応力を緩和できる厚さ以上にする。厚さは応力緩和層やスティフナ、接着剤、半導体パッケージ基板の弾性率や線膨張係数にもよるが10μm〜1mmが好ましい。
[Stress relaxation layer forming process]
Next, the stress relaxation layer 14 is formed on at least the side surface of the semiconductor package substrate. If necessary, it is also formed on at least a part of the outer edge of the semiconductor package substrate. The outer edge portion is the outermost surface of the semiconductor package substrate and the vicinity of the side surface. Since the stiffener is affixed, the width of the outer edge is required to some extent, and may be several tens of μm or more, for example 100 μm.
A stress relaxation layer is formed on the entire side surface of the semiconductor package substrate including the core part buildup layer. The thickness of the stress relaxation layer is set to a thickness that can relieve the stress generated in a high and low temperature environment. The thickness is preferably 10 μm to 1 mm, although depending on the stress relaxation layer, stiffener, adhesive, and the elastic modulus and linear expansion coefficient of the semiconductor package substrate.

また、応力緩和層形成時にコア基材の欠けや割れ13が生じている場合には応力緩和層の厚さを適宜調整し、コア基材の欠けや割れ13が完全に応力緩和層で埋まるようにする。こうすることにより欠けや割れ部に掛かる応力を抑制することができる。   In addition, if the core substrate is chipped or cracked 13 during the formation of the stress relaxation layer, the thickness of the stress relaxation layer is adjusted as appropriate so that the core substrate chip or crack 13 is completely filled with the stress relaxation layer. To. By carrying out like this, the stress concerning a chip and a crack part can be controlled.

また、応力緩和層の弾性率はコア部やスティフナの弾性率より小さい値が好ましい。こうすることにより、コア部とスティフナ間の応力が応力緩和層の変形により緩和される。材料としては例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等が好ましいが基板側面と密着し、実装する際に加熱する温度まで耐熱性を有する弾性率が上記の材料が有する物性値であれば良い。   The elastic modulus of the stress relaxation layer is preferably smaller than the elastic modulus of the core part or the stiffener. By doing so, the stress between the core portion and the stiffener is relaxed by the deformation of the stress relaxation layer. For example, an epoxy resin, a polyimide resin, a phenol resin, a silicone resin or the like is preferable as the material. However, if the elastic modulus has heat resistance up to a temperature that is in close contact with the substrate side surface and is heated when mounted, the physical property value of the above material is sufficient. good.

応力緩和層の形成方法としては、特に限定されず例えば各種塗布方法を用いて半導体パッケージ基板側面に形成する。なお、応力緩和層形成工程は半導体パッケージ基板作製後に限定されず、半導体パッケージ基板作製時のソルダーレジスト形成後などに形成しても良いし、スティフナを半導体パッケージ基板に貼付後に形成しても良い。   The method for forming the stress relaxation layer is not particularly limited, and for example, the stress relaxation layer is formed on the side surface of the semiconductor package substrate using various coating methods. The stress relaxation layer forming step is not limited to after the semiconductor package substrate is manufactured, and may be formed after the solder resist is formed at the time of manufacturing the semiconductor package substrate, or may be formed after the stiffener is attached to the semiconductor package substrate.

[スティフナ貼付け工程]
次に、半導体パッケージ基板とスティフナを貼付ける。スティフナは半導体パッケージ基板よりも剛性が高いことが好ましい。そうすることにより半導体パッケージ基板にも高い剛性を付加することができる。なお、スティフナの厚さは特に限定されず、高い剛性が確保できる厚さでよい。スティフナの材料は金属材料では鉄、銅、銅合金、ステンレス鋼、樹脂材料ではエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などがある。
[Stiffener pasting process]
Next, a semiconductor package substrate and a stiffener are attached. The stiffener is preferably more rigid than the semiconductor package substrate. By doing so, high rigidity can also be added to the semiconductor package substrate. The thickness of the stiffener is not particularly limited, and may be a thickness that can ensure high rigidity. Stiffener materials include iron, copper, copper alloy, and stainless steel as metal materials, and epoxy resin and polyimide resin as resin materials.

スティフナと半導体パッケージ基板を密着させるために例えば、スティフナに接着層15を塗布し、半導体パッケージ基板と密着させ、接着する。なお、接着層の材料としてはエポキシ系およびアクリル系接着剤などがある。   In order to bring the stiffener and the semiconductor package substrate into close contact with each other, for example, the adhesive layer 15 is applied to the stiffener and is brought into close contact with the semiconductor package substrate and bonded thereto. Examples of the material for the adhesive layer include an epoxy adhesive and an acrylic adhesive.

次に半導体パッケージ基板上にフラックスを塗布した後半導体チップをフリップチップ実装し、半導体チップと半導体パッケージ基板を電気的に接続する。その後アンダーフィル5を半導体チップと半導体パッケージ基板の間に挿入し、加熱しアンダーフィルを硬化させる。   Next, after flux is applied onto the semiconductor package substrate, the semiconductor chip is flip-chip mounted, and the semiconductor chip and the semiconductor package substrate are electrically connected. Thereafter, the underfill 5 is inserted between the semiconductor chip and the semiconductor package substrate and heated to cure the underfill.

ここで、高低温環境下にはスティフナと半導体パッケージ基板の線膨張係数の違いから界面に応力が発生し、引っ張り応力ではコア部側面が接着剤と一緒に剥がれが生じたり、圧縮応力では割れが発生したりするおそれがある。   Here, under high and low temperature environments, stress is generated at the interface due to the difference in coefficient of linear expansion between the stiffener and the semiconductor package substrate, and the tensile stress causes the side surface of the core to peel off together with the adhesive, and the compressive stress causes cracking. May occur.

本発明の半導体パッケージの製造方法においては半導体パッケージ基板側面と接着剤層の間に応力緩和層を形成することにより、高低温環境下においても接着剤層と基板側面に掛かる応力を応力緩衝層が低減させることでコア部側面の剥がれや欠けや割れの発生を抑制できる。   In the method of manufacturing a semiconductor package according to the present invention, the stress buffer layer is configured to form a stress relaxation layer between the side surface of the semiconductor package substrate and the adhesive layer, so that the stress buffer layer can reduce the stress applied to the adhesive layer and the side surface of the substrate even in a high and low temperature environment. By reducing it, it is possible to suppress the peeling, chipping and cracking of the side surface of the core.

また、スティフナ貼付前に発生した半導体パッケージ基板側面の欠けや割れはスティフナ接着後も残っているため、スティフナが形成された後でも大きな衝撃や高低温環境下による応力方向や量の変化によって進展する可能性があり、配線断線に繋がるおそれがある。   In addition, chippings and cracks on the side of the semiconductor package substrate that occurred before sticking the stiffener remain even after the stiffener is bonded, so even after the stiffener is formed, it develops due to large impacts and changes in the direction and amount of stress due to high and low temperature environments. There is a possibility that it may lead to disconnection of the wiring.

本発明の半導体パッケージの製造方法においては応力緩和層を形成することでコア部側面に既に発生している欠けや割れが応力緩和層で充填されることで欠けや割れに掛かる応力を抑制でき、新たに欠けや割れの進展を防止することができる。また、半導体パッケージ基板の半導体チップ搭載面および反対面にスティフナを形成することで、基板の剛性を維持することができる。さらに基板の厚さ方向に屈曲した被覆部を形成することで半導体パッケージ基板外縁部および側面の欠けや割れの抑制および防止することができる。   In the manufacturing method of the semiconductor package of the present invention, by forming the stress relaxation layer, it is possible to suppress the stress applied to the chipping and cracking by filling the chipping and cracking already generated on the side surface of the core portion with the stress relaxation layer, New chipping and cracking can be prevented. Further, by forming stiffeners on the semiconductor chip mounting surface and the opposite surface of the semiconductor package substrate, the rigidity of the substrate can be maintained. Furthermore, by forming the covering portion bent in the thickness direction of the substrate, chipping and cracking of the outer edge portion and side surface of the semiconductor package substrate can be suppressed and prevented.

図4に本発明の変形例における半導体パッケージの上面図および、図3に本発明の変形例における半導体パッケージの構造を示す断面図を示す。半導体パッケージ基板の半導体チップ搭載面の四隅に空隙が形成されるようにスティフナ4を加工し、半導体パッケージ基板と接着させる。こうすることにより半導体パッケージ基板の隅部にアライメントマーク等が形成されていてもスティフナ貼付後も認識できる。また、空隙部は半導体パッケージ基板の半導体チップ搭載面および反対面どちらでも良く、形や寸法は規定されない。ほかの効果としてはスティフナの空隙部直下の半導体パッケージ基板上にコンデンサなどの電子部品を実装することができ、半導体チップ配置面および反対面を有効に活用することができる。   FIG. 4 is a top view of a semiconductor package according to a modification of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor package according to a modification of the present invention. The stiffener 4 is processed so that voids are formed at the four corners of the semiconductor chip mounting surface of the semiconductor package substrate and bonded to the semiconductor package substrate. By doing so, even if an alignment mark or the like is formed at the corner of the semiconductor package substrate, it can be recognized after the stiffener is attached. Further, the gap may be on either the semiconductor chip mounting surface or the opposite surface of the semiconductor package substrate, and its shape and dimensions are not specified. As another effect, an electronic component such as a capacitor can be mounted on the semiconductor package substrate immediately below the gap of the stiffener, and the semiconductor chip placement surface and the opposite surface can be effectively utilized.

以下に本発明の一実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるわけではない。   An embodiment of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to this.

[実施例1]
半導体パッケージ基板として、コア材料にガラスを用いた基材上に絶縁層にフィラーを添加したエポキシ系樹脂を用い、配線層として銅を用い、配線層が3層形成された多層ビルドアッププリント配線板を用いた。また、半導体素子接合部にはんだボール搭載法により、0.150mmピッチのはんだバンプを形成している。また、半導体パッケージ基板の大きさは50mm角、厚さは0.35mmである。また厚さ0.725mm、0.150mmピッチのはんだバンプを有する外形20mm角の半導体チップを用意した。
[Example 1]
As a semiconductor package substrate, a multilayer build-up printed wiring board using an epoxy resin in which a filler is added to an insulating layer on a base material using glass as a core material, copper as a wiring layer, and three wiring layers formed Was used. Also, solder bumps with a pitch of 0.150 mm are formed on the semiconductor element joints by a solder ball mounting method. The size of the semiconductor package substrate is 50 mm square and the thickness is 0.35 mm. A 20 mm square semiconductor chip having solder bumps with a thickness of 0.725 mm and a pitch of 0.150 mm was prepared.

次に半導体パッケージ基板側面に応力緩和層としてエポキシ樹脂を、ディスペンサを用いて厚さ約200μm形成した。その後190℃、1時間加熱し樹脂を硬化させた。また、側面にはコア部のガラスにクラックが生じていたが、応力緩和層形成後は樹脂で埋められていることを金属顕微鏡で確認した。   Next, an epoxy resin as a stress relaxation layer was formed on the side surface of the semiconductor package substrate to a thickness of about 200 μm using a dispenser. Thereafter, the resin was cured by heating at 190 ° C. for 1 hour. Moreover, although the crack of the glass of the core portion was generated on the side surface, it was confirmed with a metal microscope that it was filled with the resin after the stress relaxation layer was formed.

次に縦52.5mm、横52.5mm、厚さ1.0mmの寸法の材質ステンレス鋼の矩形枠状のスティフナを貼り合わせる。なお、スティフナ外縁部には半導体パッケージ基板の側面を覆うために基板方向に350μm屈曲した被覆部を形成している。接着剤ディスペンサを用いてスティフナに塗布し、半導体パッケージ基板の半導体チップ搭載面および応力緩和層側面に接するように配置する。その後120℃で1時間加熱し、接着剤を硬化させた。   Next, a stiffener having a rectangular frame shape made of stainless steel, having dimensions of 52.5 mm in length, 52.5 mm in width, and 1.0 mm in thickness is bonded. Note that a coating portion bent 350 μm in the substrate direction is formed on the outer edge of the stiffener to cover the side surface of the semiconductor package substrate. It is applied to the stiffener using an adhesive dispenser and arranged so as to be in contact with the semiconductor chip mounting surface and the stress relaxation layer side surface of the semiconductor package substrate. Thereafter, the adhesive was cured by heating at 120 ° C. for 1 hour.

次に、スティフナが貼付けられた半導体パッケージ基板にディスペンサを用いてフラックスを半導体チップ接続範囲にスプレー塗布した。その後マウンターを用いて半導体チップの端子面を半導体パッケージ基板の実装領域に配置した。   Next, the flux was spray-applied to the semiconductor chip connection range using a dispenser on the semiconductor package substrate to which the stiffener was attached. Thereafter, the terminal surface of the semiconductor chip was placed in the mounting region of the semiconductor package substrate using a mounter.

その後、最高温度が260℃となるようなリフロー炉を用いて、半導体パッケージ基板と半導体チップを接合した。   Thereafter, the semiconductor package substrate and the semiconductor chip were joined using a reflow furnace in which the maximum temperature was 260 ° C.

その後、フラックス洗浄機を用いて、フラックスを洗浄した。なお、フラックス洗浄液はアルカリ系溶剤を用いた。   Thereafter, the flux was cleaned using a flux cleaner. The flux cleaning liquid used was an alkaline solvent.

プレベーキングを行った後、プラズマ発生装置を用いてはんだ接合部付近の表面の改質を行った。その後、ディスペンサを用いて接合された半導体チップと半導体パッケージ基板の間にエポキシ樹脂にフィラーを添加したアンダーフィルを挿入し、加熱して硬化させた。なお、挿入方法はアンダーフィル配置位置に一定の時間間隔で複数回挿入し、加熱硬化条件は165℃、2時間とした。   After pre-baking, the surface of the solder joint was modified using a plasma generator. Thereafter, an underfill obtained by adding a filler to an epoxy resin was inserted between the semiconductor chip and the semiconductor package substrate joined by using a dispenser, and was cured by heating. In addition, the insertion method was inserted several times into the underfill arrangement position at regular time intervals, and the heat curing conditions were 165 ° C. and 2 hours.

その後、半導体パッケージに熱冷衝撃試験機を用いて−55〜125℃の範囲で温度を交互に変動させ、1000サイクル行った後、半導体パッケージ側面を研磨し、スティフナ層および、応力緩和層を除去し、コア部のガラスのクラックの有無及び、クラックの進展の観察を行った。観察の結果、スティフナ貼付前にクラックが見られなかったコア部には試験後も見られず、応力緩和層でクラックが埋められた部分にもクラックの進展は見られなかった。   Thereafter, the temperature is alternately changed in the range of −55 to 125 ° C. using a thermal cold shock tester for the semiconductor package, and after 1000 cycles, the side surface of the semiconductor package is polished to remove the stiffener layer and the stress relaxation layer. And the presence or absence of the crack of the glass of a core part and the progress of a crack were observed. As a result of observation, the core portion where no crack was seen before sticking the stiffener was not seen after the test, and no crack progress was seen in the portion where the crack was buried with the stress relaxation layer.

[比較例]
また、半導体パッケージ基板に応力緩和層を形成しない半導体パッケージ基板を用いて、半導体パッケージを作製した。
[Comparative example]
A semiconductor package was manufactured using a semiconductor package substrate in which no stress relaxation layer was formed on the semiconductor package substrate.

その後、作製した半導体パッケージに熱冷衝撃試験機を用いて−55〜125℃の範囲で温度を交互に変動させ、1000サイクル行った後、半導体チップ側面を研磨し、スティフナ層および、応力緩和層を除去し、コア部のクラックの有無及び、クラックの進展の観察を行った。観察の結果、スティフナ貼付前にクラックが見られなかったコア部には接着剤とコア部のガラスの界面で一部剥がれが生じ、ガラスが削られた状態が観測された。また、スティフナ貼付前にクラックが見られた箇所では一部でクラックの進展が確認された。   Then, the temperature of the manufactured semiconductor package was alternately changed in the range of −55 to 125 ° C. using a thermal cold impact tester, and after 1000 cycles, the side surface of the semiconductor chip was polished, and a stiffener layer and a stress relaxation layer And the presence or absence of cracks in the core portion and the progress of cracks were observed. As a result of observation, it was observed that the core portion where no crack was observed before sticking the stiffener partly peeled off at the interface between the adhesive and the glass of the core portion, and the glass was scraped. In addition, in some places where cracks were seen before the stiffeners were attached, some cracks were confirmed.

比較例に対して実施例では、本発明の構造を用いることで高低温環境下においても半導体パッケージ基板の外縁部および側面の欠けや割れを抑制および防止できることを確認した。
本実施例によると、半導体パッケージ基板側面と接着剤層の間に応力緩和層を形成することにより、高低温環境下においても接着剤層と基板側面に掛かる応力を低減させることで半導体パッケージ基板外縁部および側面の剥がれや欠けや割れの発生を抑制できる。また、応力緩和層を形成することでコア部側面に既に発生している欠けや割れが応力緩和層で充填されることで欠けや割れに掛かる応力を抑制でき、新たに欠けや割れの進展を防止することができる。また、半導体パッケージ基板の半導体チップ搭載面および反対面にスティフナを形成することで、基板の剛性を維持することができる。さらに基板の厚さ方向に屈曲した被覆部を形成することで半導体パッケージ基板外縁部および側面の欠けや割れの抑制および防止することができる。
In comparison with the comparative example, it was confirmed that in the example, the use of the structure of the present invention can suppress and prevent chipping and cracking of the outer edge portion and the side surface of the semiconductor package substrate even under a high and low temperature environment.
According to the present embodiment, by forming a stress relaxation layer between the side surface of the semiconductor package substrate and the adhesive layer, it is possible to reduce the stress applied to the adhesive layer and the side surface of the semiconductor package substrate even in a high and low temperature environment. Occurrence of peeling, chipping and cracking of the part and side can be suppressed. In addition, by forming the stress relaxation layer, the cracks and cracks that have already occurred on the side surfaces of the core are filled with the stress relaxation layer, so that the stress applied to the chips and cracks can be suppressed, and new cracks and cracks can be developed. Can be prevented. Further, by forming stiffeners on the semiconductor chip mounting surface and the opposite surface of the semiconductor package substrate, the rigidity of the substrate can be maintained. Furthermore, by forming the covering portion bent in the thickness direction of the substrate, chipping and cracking of the outer edge portion and side surface of the semiconductor package substrate can be suppressed and prevented.

1…半導体チップ
2…半導体パッケージ基板
3…はんだバンプ
4…スティフナ
5…アンダーフィル
6…コア基材
7…配線パターン
8…絶縁樹脂
9…スルーホール電極
10…ビア
11…ソルダーレジスト
12…電極パッド
13…コア基材欠け・割れ
14…応力緩和層
15…接着層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor chip 2 ... Semiconductor package board | substrate 3 ... Solder bump 4 ... Stiffener 5 ... Underfill 6 ... Core base material 7 ... Wiring pattern 8 ... Insulating resin 9 ... Through-hole electrode 10 ... Via 11 ... Solder resist 12 ... Electrode pad 13 ... Core substrate chipping / cracking 14 ... Stress relief layer 15 ... Adhesive layer

Claims (8)

配線パターンおよび絶縁樹脂が積層された半導体パッケージ基板の最表面の少なくとも一部あるいは該半導体パッケージ基板の側面に応力緩和層を形成する応力緩和層形成工程と、
前記応力緩和層形成工程後に、前記応力緩和層を介して前記半導体パッケージ基板にスティフナを貼付けるスティフナ貼付け工程とを含むスティフナ付き半導体パッケージ基板の製造方法。
A stress relaxation layer forming step of forming a stress relaxation layer on at least a part of the outermost surface of the semiconductor package substrate on which the wiring pattern and the insulating resin are laminated or on a side surface of the semiconductor package substrate;
A method for manufacturing a semiconductor package substrate with a stiffener, comprising: a stiffener pasting step for pasting a stiffener to the semiconductor package substrate through the stress relaxation layer after the stress relaxation layer forming step.
前記応力緩和層の厚さは10μm以上1mm以下の範囲である請求項1に記載のスティフナ付き半導体パッケージ基板の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor package substrate with a stiffener according to claim 1, wherein the thickness of the stress relaxation layer is in a range of 10 μm to 1 mm. 前記応力緩和層の材質は樹脂である請求項1または2に記載のスティフナ付き半導体パッケージ基板の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor package substrate with a stiffener according to claim 1, wherein a material of the stress relaxation layer is a resin. 前記スティフナの外形寸法は前記半導体パッケージ基板の外形寸法よりも0.1mm以上5mm以下の範囲で大きい、請求項1から3のいずれかに記載のスティフナ付き半導体パッケージ基板の製造方法。   4. The method for manufacturing a semiconductor package substrate with a stiffener according to claim 1, wherein an outer dimension of the stiffener is larger than an outer dimension of the semiconductor package substrate in a range of 0.1 mm to 5 mm. 5. 前記スティフナの外縁部が前記半導体パッケージ基板側面を被覆するように基板厚さ方向に屈曲した屈曲部を有する、請求項1から4のいずれかに記載のスティフナ付き半導体パッケージ基板の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor package substrate with a stiffener according to claim 1, wherein an outer edge portion of the stiffener has a bent portion bent in a substrate thickness direction so as to cover a side surface of the semiconductor package substrate. 前記屈曲部の寸法は前記半導体パッケージ基板の厚さ以上である請求項5に記載のスティフナ付き半導体パッケージ基板の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor package substrate with a stiffener according to claim 5, wherein a dimension of the bent portion is equal to or greater than a thickness of the semiconductor package substrate. コア基材と、
前記コア基材に積層される少なくとも2層以上の絶縁樹脂と、
前記絶縁樹脂の間、または該絶縁樹脂の表面、または前記コア基材の表面に形成される配線パターンと、
前記配線パターンの少なくとも一部と接続する電極パッドと、
前記絶縁樹脂の内、前記コア基材から最も離れている該絶縁樹脂に積層され、かつ少なくとも電極パッドが露出する開口部を有するソルダーレジストと、
前記コア基材および前記絶縁樹脂の側面に形成された応力緩和層とを含む半導体パッケージ基板と、
前記応力緩和層に積層された接着層を介して貼付けられたスティフナとを含む、スティフナ付き半導体パッケージ基板。
A core substrate;
At least two layers of insulating resin laminated on the core substrate;
A wiring pattern formed between the insulating resins, or on the surface of the insulating resin, or on the surface of the core substrate;
An electrode pad connected to at least a part of the wiring pattern;
Among the insulating resins, a solder resist that is laminated on the insulating resin farthest from the core substrate and has an opening that exposes at least the electrode pads;
A semiconductor package substrate including a stress relaxation layer formed on a side surface of the core base material and the insulating resin;
A semiconductor package substrate with a stiffener, comprising a stiffener attached via an adhesive layer laminated on the stress relaxation layer.
請求項8に記載のスティフナ付き半導体パッケージ基板と、アンダーフィルを介して前記電極パッドに接続された半導体チップとを含む、半導体パッケージ。   A semiconductor package comprising the stiffener-equipped semiconductor package substrate according to claim 8 and a semiconductor chip connected to the electrode pad through an underfill.
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