JP2022025294A

JP2022025294A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2022025294A
Application number: JP2020128033A
Authority: JP
Inventors: 寛行藤岡; Hiroyuki Fujioka
Original assignee: Torex Semiconductor Ltd
Current assignee: Torex Semiconductor Ltd
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2022-02-10

Abstract

【課題】ＩＣチップで発生した熱の放散効率を向上させることができる半導体装置を提供する。【解決手段】周縁部に形成した脚部１Ａと該脚部１Ａの内側に形成した凹部１Ｂとを有するインターポーザ１と、ハンダボール３を介してインターポーザ１の凹部１Ｂの底面に、一方の面を固定するによりインターポーザ１との間の電気的な導通を確保したＩＣチップ２と、表面に形成したランド６にハンダ部４を介して脚部１Ａの端面を固定するとともに、前記表面に形成した他のランド７にハンダ部５を介してICチップ２の他方の面を固定した実装基板８とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置に関し、特にインターポーザを有するものに適用して有用なものである。

近年、半導体装置の小型化を実現する技術としてＷＬＣＳＰ(Wafer level Chip Size Package)が提案されている。このＣＳＰとは、半導体部品のパッケージ形式の一種であり、ボンディング・ワイヤーによる内部配線を行なわず、半導体の一部が露出したままの、ほぼ最小となる半導体パッケージであり、プリント基板上に単体の高集積度半導体を表面実装する際に小さな占有面積で済ませることができるという特長を有している。

図４は従来技術に係るＷＬＣＳＰの一例を示す縦断面図である。同図に示すように、当該半導体装置（ＷＬＣＳＰ）IIIにおいてＩＣチップ０１は、その底面で外部に露出する銅配線０２を介してハンダボール０３により実装基板０５の表面に形成されたランド０４に接合されている。かくしてＩＣチップ０１と実装基板０５との電気的な導通が確保される。

従来技術に係る半導体装置IIIにおいてＩＣチップ０１で発生した熱は、銅配線０２、ハンダボール０３、ランド０４を介して実装基板０５に伝達され、この実装基板０５で主に周囲に放散される。このように、半導体装置IIIでは、ＩＣチップ０１で発生した熱の伝熱経路０６（図中に太い矢印で示す）が、銅配線０２、ハンダボール０３、ランド０４を経由して実装基板０５に至る一本のみである。このため、熱の放散効率を向上させるには銅配線０２のハンダボール０３に対する接合部を増やす等、放熱面積を増やすことでしか対処できなかった。このことは、半導体装置IIIのさらなる小型化を図る場合の障害となる。

なお、上記と同様の課題は残るが、ＷＬＣＳＰである半導体装置を開示する公知文献として特許文献１を挙げることができる。

特開２０２０－１００１６号公報

本発明は、上記従来技術に鑑み、ＩＣチップで発生した熱の放散効率を向上させることができる半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
周縁部に形成した脚部と該脚部の内側に形成した凹部とを有するインターポーザと、
第1の導電接続部を介して前記インターポーザの前記凹部の底面に、一方の面を固定することにより前記インターポーザとの間の電気的な導通を確保したＩＣチップと、
表面に形成したランドに第２の導電接続部を介して前記脚部の端面を固定するとともに、前記表面に形成した他のランドに第３の導電接続部を介して前記ICチップの他方の面を固定した実装基板とを有することを特徴とする。

本発明の第２の態様は、
第1の態様に記載する半導体装置において、
前記ICチップの他方の面はメタライズ処理を施したものであることを特徴とする。

本発明の第３の態様は、
第１または第２の態様に記載する半導体装置において、
前記ICチップの他方の面に一方の面が当接するとともに、前記実装基板の第３の導電接続部に他方の面が当接するように前記ICチップの他方の面と前記実装基板の第３の導電接続部との間で前記凹部の内部に配設した中間部材を有することを特徴とする。

本発明によれば発熱体であるＩＣチップをインターポーザの凹部の底面と実装基板の表面との間に挟んだサンドイッチ構造となっているので、ＩＣチップで発生した熱が、ＩＣチップから第1の導電接続部およびインターポーザの底面を介してインターポーザの本体に至り、その脚部および第２の導電接続部を介して実装基板に至る第1の伝熱経路と、ＩＣチップの他方の面から直接実装基板に至る第２の伝熱経路との二つの熱経路を介して外部に放散される。この結果、当該半導体装置の小型化を阻害することなく高効率の熱放散を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置を示す図で、（Ａ）はその縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ線矢視図である。図１に示す半導体装置における伝熱経路を示す前記半導体装置の縦断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置を示す図で、（Ａ）はその縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線矢視図である。従来技術に係る半導体装置（ＷＬＣＳＰ）を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置を示す図で、（Ａ）はその縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ線矢視図である。両図に示すように、本形態に係る半導体装置Iのインターポーザ１は、周縁部に形成した脚部１Ａと該脚部１Ａの内側に形成した凹部１Ｂとを有し、内部に所定の配線構造が形成された部材である。所定の回路が形成されたフェイスダウン実装チップであるＩＣチップ２は、第1の導電接続部を形成するハンダボール３を介してインターポーザ１の凹部１の底面に、一方の面（図１（Ａ）中の上面）が固定されている。かくしてハンダボール３がインターポーザ１の銅配線（図示せず）に接続される。

一方、実装基板８の表面にはランド６，７を介して第２および第３の導電接続部となるハンダ部４，５が形成してある。そして、ハンダ部４にはインターポーザ１の脚部１Ａの下端面が、またハンダ部５にはＩＣチップ２の下面がメタライズ処理部９を介してそれぞれハンダ接合してある。かくしてＩＣチップ２はハンダボール３、インターポーザ１、ハンダ部４、ランド６を介して実装基板８との電気的な導通が確保されている。ここで、メタライズ処理部９はＩＣチップ２とハンダ部５を介したＩＣチップ２と実装基板８との接合を良好にするためのメタライズ処理をした領域で、例えばTi-Ni-Ag、Ti-Ni-Au、Ti-Ni-Pb-Au等のめっき層で良好に形成することができる。

かくして本形態に係る半導体装置Iでは、ＩＣチップ２が、インターポーザ１の凹部１Ｂの底面と、第３のハンダ部５およびランド７を介した実装基板８の表面との間に挟まれたサンドイッチ構造となっている。

なお、本形態においては第１～第３の導電接続部をハンダボール３、ハンダ部４，５で形成し、この場合のハンダの材料としては、鉛と錫を主成分とする合金を用いたが、これに限るものではない。他にも、Ａｕ，Ａｇ,Ｃｕ，Ｓｎ，Ｓｎ－Ｂｉ，Ｓｎ－Ａｇ，Ｓｎ－Ａｇ－Ｃu，Ａu－Ｓｎ等の材料を用いることができる。要は、比較的融点が低い導電材料であれば良い。そして、化学的に安定な材料であることが望ましい。

図２は、本形態に係る半導体装置Iにおける伝熱経路を示す半導体装置Iの縦断面図である。上述の如く、本形態ではＩＣチップ２が、インターポーザ１の凹部１Ｂの底面と、第３のハンダ部５およびランド７を介した実装基板８の表面との間に挟まれたサンドイッチ構造となっているので、発熱体であるＩＣチップ２で発生した熱が、ＩＣチップ２から第1のハンダ部３およびインターポーザ１の底面１Ｂを介してインターポーザ１の本体に至り、その脚部１Ａおよび前記第２のハンダ部４を介して実装基板８に至る第1の熱経路１１（図中に太線の一点鎖線で示す）と、ＩＣチップ２の他方の面から第３のハンダ部５を介して実装基板８に至る第２の熱経路１２（図中に太線の二点鎖線で示す）との二つの熱経路１１，１２を介して実装基板９に至り、外部に放散される。この結果、高効率の熱放散を図ることが可能となる。

図３は本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置を示す図で、（Ａ）はその縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線矢視図である。両図中、図1と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

本形態に係る半導体装置IIは、基本的には図1に示す半導体装置Iと同様の構成となっている。すなわちＩＣチップ２０が発生する熱を二つの熱経路１１，１２（図２参照）を介して実装基板８に逃がすための構造は同じである。ただ、本形態に係る半導体装置IIでは、ＩＣチップ２の他方の面（図では下面）に一方の面が当接するとともに、第３のハンダ部５に他方の面が当接するようにＩＣチップ２０の他方の面（下面）と実装基板８の第３のハンダ部５との間で凹部１Ｂの内部に配設した中間部材１０を有する点が異なる。ここで、中間部材１０はその上面をＩＣチップ２０の下面に当接させて接着剤（例えば、シリコーン、エポキシ、ＤＡＦ（ダイ・アタッチ・フィルム）等）により接合されている。また、中間部材１０は、ＩＣチップ２０と同様の材料（例えばSi、セラミック等）が好ましい。熱膨張係数等が近いからである。さらに、中間部材１０がセラミックの場合には、ハンダフィレットが形成され、ハンダによる接合が強化される。

かかる本形態においては、インターポーザ１の凹部１Ｂに配設したＩＣチップ２０の高さ調整を容易に行うことができる。また、中間部材１０を使用することで、実装基板８とＩＣチップ２０が直接接着しないので、応力の緩和効果が得られる。したがって、インターポーザ１に対してフェイスダウンしているＩＣチップ２０を有する半導体装置IIIであれば、良好に適用し得、同様の効果を得る。

I,II,III 半導体装置
１インターポーザ
１Ａ脚部
１Ｂ凹部
２，２０ＩＣチップ
３ハンダボール
４，５ハンダ部
８実装基板
９メタライズ処理部
１０中間部材

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
周縁部に形成した脚部と該脚部の内側に形成した凹部とを有するとともに前記凹部の底辺を経由して前記脚部に至る内部に所定の配線構造が形成されたインターポーザと、
第1の導電接続部を介して前記インターポーザの前記凹部の底面に、一方の面を固定することにより前記底面に臨む前記配線構造の一端との間の電気的な導通を確保したＩＣチップと、
表面に形成したランドに第２の導電接続部を介して前記脚部の端面を固定するとともに、前記端面に臨む前記配線構造の他端との電気的な導通を確保し、さらに前記表面に形成した他のランドに第３の導電接続部を介して前記ＩＣチップの他方の面を固定して電気的に接続した実装基板とを有することを特徴とする。

Claims

周縁部に形成した脚部と該脚部の内側に形成した凹部とを有するインターポーザと、
第1の導電接続部を介して前記インターポーザの前記凹部の底面に、一方の面を固定することにより前記インターポーザとの間の電気的な導通を確保したＩＣチップと、
表面に形成したランドに第２の導電接続部を介して前記脚部の端面を固定するとともに、前記表面に形成した他のランドに第３の導電接続部を介して前記ICチップの他方の面を固定した実装基板とを有することを特徴とする半導体装置。
請求項１に記載する半導体装置において、
前記ICチップの他方の面はメタライズ処理を施したものであることを特徴とする半導体装置。
請求項１または請求項２に記載する半導体装置において、
前記ICチップの他方の面に一方の面が当接するとともに、前記実装基板の第３の導電接続部に他方の面が当接するように前記ICチップの他方の面と前記実装基板の第３の導電接続部との間で前記凹部の内部に配設した中間部材を有することを特徴とする半導体装置。