JP3372169B2 - 半導体パッケージ - Google Patents

半導体パッケージ

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JP3372169B2
JP3372169B2 JP14604196A JP14604196A JP3372169B2 JP 3372169 B2 JP3372169 B2 JP 3372169B2 JP 14604196 A JP14604196 A JP 14604196A JP 14604196 A JP14604196 A JP 14604196A JP 3372169 B2 JP3372169 B2 JP 3372169B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/50Tape automated bonding [TAB] connectors, i.e. film carriers; Manufacturing methods related thereto

Landscapes

  • Wire Bonding (AREA)
  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、実装後の信頼性向
上に寄与できる半導体パッケージに関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、最近では半導体装置を実
装したあらゆる機器の高機能化および多機能化が進んで
いる。これに伴って半導体チップの高集積化、大規模化
が一層進み、この半導体チップを搭載した半導体パッケ
ージと回路基板とを接続する電気的接続部の数が大幅に
増加する傾向にある。
【0003】ところで、半導体パッケージを回路基板に
実装する形態としては、ピン挿入実装形と表面実装形と
に大別される。表面実装形の半導体パッケージはリード
形状によって幾つかに分類される。最近では、半導体パ
ッケージを回路基板に対して電気接続用はんだバンプを
用いて直接実装するBGA(Ball Grid Array)型半導体
パッケージが広く用いられつつある。BGA型半導体パ
ッケージは実装面積の低減に有効であり、半導体装置の
小形化に適している。
【0004】図4には従来のBGA型の半導体パッケー
ジ1を回路基板2に実装した半導体装置3の模式的な断
面図が示されている。半導体パッケージ1は、パッケー
ジ部材4を備えており、このパッケージ部材4の図中下
面に形成された凹部5のいわゆる底面に半導体チップ6
を搭載している。
【0005】パッケージ部材4は、放熱特性改善と半導
体チップ6を外力から保護するなどの目的で、一般に金
属あるいはアルミナなどのセラミックを主材料にして形
成されている。勿論、単一材料で形成されているとは限
らず、異種材料の組合せで形成されている場合も多い。
たとえば、金属材料とプラスチック樹脂とを組合せて形
成されることもある。
【0006】パッケージ部材4の表面で、凹部5が設け
られている側の表面にはポリイミドなどで形成された導
通テープ7が固定されている。導通テープ7の内部には
図示しない電気配線が形成されており、これら電気配線
は半導体チップ6に電気的に接続されている。なお、半
導体チップ6と導通テープ7との接続部8は、樹脂9に
よってモールドされている。
【0007】一方、導通テープ7の図中下面には、電気
配線に接続される関係に電気接続用はんだバンプ10が
設けられている。これらの電気接続用はんだバンプ10
は、多いものでは1000個程度の数となる。電気接続用は
んだバンプ10は、導通テープ7の表面に露出した電気
配線上に、たとえばはんだペーストを印刷した後にリフ
ロー処理することによって形成されている。
【0008】このように構成された半導体パッケージ1
が、たとえばエポキシ系樹脂材料などによって形成され
た回路基板2の上に搭載され、電気接続用はんだバンプ
10を用いて回路基板2に接続されている。すなわち、
半導体パッケージ1を回路基板2に対して位置決め搭載
した後に、リフロー処理によって各電気接続用はんだバ
ンプ10を溶融させて回路基板2に対応して設けられた
電極にはんだ付けしたものとなっている。
【0009】しかしながら、上記のようにBGA型の半
導体パッケージ1を回路基板2に実装した半導体装置3
にあっては次のような問題があった。すなわち、半導体
装置3には、自身で発生した熱や環境温度の変動に起因
して、温度変動が繰り返し生じる。このとき、半導体パ
ッケージ1と回路基板2との間には、両者の線膨張率差
に起因した相対変位が生じる。その結果、接続部である
はんだバンプ10に熱応力が繰り返し生じ、これらはん
だバンプ10が熱疲労破壊する虞があった。因みに、た
とえばエポキシ系樹脂の回路基板2の線膨張率は13〜18
×10-6/℃程度である。半導体パッケージ1は複数材料
からなる複合構造であるため、パッケージ全体での線膨
張率は各部材の形状に依存し、様々な値をとり得る。こ
のため、回路基板2と半導体パッケージ1の線膨張率が
完全に一致することは極めて希である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のB
GA型の半導体パッケージにあっては、回路基板に実装
したとき、自身の発熱および周囲温度の変動に伴い半導
体パッケージと回路基板との線膨張率差に起因して電気
接続用はんだバンプに熱応力が生じ、この熱応力で電気
接続用はんだバンプが熱疲労破壊する虞があり、機械
的、電気的な接続の信頼性に乏しいという問題があっ
た。そこで本発明は、上述した不具合を簡単な手段で抑
制でき、実装後の信頼性向上を図れる半導体パッケージ
を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明は、半導体チップと、この半導
体チップを搭載したパッケージ部材と、内部に設けられ
た電気配線を前記半導体チップに接続して前記パッケー
ジ部材の表面に固定された導通テープと、この導通テー
プの表面に設けられて前記半導体チップと回路基板とを
前記電気配線を介して接続するための電気接続用バンプ
とを備えた半導体パッケージにおいて、前記パッケージ
部材が、前記半導体チップを固定保持する第1部材と、
この第1部材とは実質的に分離状態に設けられて前記導
通テープを固定保持する第2部材とで構成されているこ
とを特徴としている。
【0012】なお、前記第1部材と前記第2部材とは間
隙によって分離されていてもよい。また、前記パッケー
ジ部材は、前記半導体チップを固定保持した第1部材に
対して上記半導体チップを側面側から囲むように前記第
2部材が配置される構成が好ましい。
【0013】また、前記第1部材は、放熱フィンとして
の機能を備えていることが好ましい。また、前記第2部
材と前記導通テープとの間に常温領域において剛性の小
さい接着剤等からなる応力緩和部材が介挿されているこ
とが好ましい。
【0014】
【0015】請求項1に係る発明では、実質的に分離さ
れた第1部材と第2部材とでパッケージ部材が構成され
ている。そして、電気接続用バンプを備えた導通テープ
は第2部材に固定保持される。
【0016】したがって、この半導体パッケージを回路
基板に実装したとき、回路基板との線膨張率差が問題と
なるのは第2部材だけとなる。第2部材は、第1部材に
対して実質的に分離されているので、第1部材および第
2部材の区別がなく一体化されている従来のパッケージ
部材に比べて剛性が大幅に低い。このため、半導体パッ
ケージと回路基板との間の線膨張率の違いに起因して電
気接続用バンプに生じる熱応力を従来に比べて大幅に低
減でき、熱応力で電気接続用バンプが破壊するのを抑制
できるので、信頼性を大幅に向上させることが可能とな
る。
【0017】なお、第2部材と導通テープとの間に常温
領域において剛性の小さい応力緩和部材が介挿されてい
ると、回路基板側からみた第2部材の等価的な剛性をさ
らに下げることができるので、より好ましい結果が得ら
れる。
【0018】
【0019】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施形態を説明する。図1には本発明の一実施形態に係
るBGA型の半導体パッケージ11を回路基板12に実
装した半導体装置13の模式的な断面図が示されてい
る。
【0020】半導体パッケージ11は、パッケージ部材
14を備えている。このパッケージ部材14は、平板状
に形成された第1部材15と、この第1部材15とは別
体に形成されて第1部材15の図中下面側に積層関係に
配置された環状の第2部材16とで構成されている。第
1部材15の図中下面で、第2部材16の内周辺部に対
向する位置には、第2部材16との間に間隙17を設け
て第2部材16との機械的な結合状態を十分に弱くする
ための環状突起18が形成されている。
【0021】なお、第1部材15および第2部材16
は、次に説明する半導体チップ19の放熱特性改善と半
導体チップ19を外力から保護するなどの目的で、金属
あるいはアルミナなどのセラミックを主材料にして形成
されている。勿論、単一材料に限らず、たとえば金属材
料とプラスチック樹脂との組合せのように異種材料の組
合せで形成されていてもよい。少なくとも第1部材15
は放熱フィンとしての機能を発揮することが望ましい。
【0022】第1部材15の図中下面で第2部材16に
よって囲まれた領域には半導体チップ19が熱伝導率の
良い接着剤等によって固定されている。第2部材16の
図中下面には、ポリイミドなどで形成された導通テープ
20が常温領域において剛性の小さい接着剤(たとえば
エポキシ系接着剤)等からなる応力緩和部材21を介し
て固定されている。なお、応力緩和部材21の厚みは、
第2部材16の厚みと同程度(たとえば100 μm)に設
定されている。応力緩和部材21の厚みは、パッケージ
全体の大きさとの関係で100 μm〜500 μm程度に設定
される。
【0023】導通テープ20の内部には図示しない電気
配線が形成されており、これら電気配線は半導体チップ
19に電気的に接続されている。半導体チップ19と導
通テープ20との接続部22は、樹脂23によってモー
ルドされている。
【0024】一方、導通テープ20の図中下面には、電
気配線に接続される関係に電気接続用はんだバンプ24
が設けられている。電気接続用はんだバンプ24は、導
通テープ20の表面に露出した電気配線上に、たとえば
はんだペーストを印刷した後にリフロー処理することに
よって形成されている。
【0025】このように構成された半導体パッケージ1
1が、たとえばエポキシ系樹脂材料などによって形成さ
れた回路基板12の上に搭載され、電気接続用はんだバ
ンプ24を用いて回路基板12に接続されている。すな
わち、半導体パッケージ11を回路基板12に対して位
置決め搭載した後に、リフロー処理によって各電気接続
用はんだバンプ24を溶融させて回路基板12に対応し
て設けられた電極にはんだ付けしたものとなっている。
【0026】このように、この例では実質的に分離され
た第1部材15と第2部材16とでパッケージ部材14
を構成し、第1部材15に半導体チップ19を保持固定
し、第2部材16に導通テープ20を保持固定してい
る。
【0027】したがって、この半導体パッケージ11を
回路基板12に実装したとき、回路基板12との線膨張
率差が問題となるのは第2部材16だけとなる。第2部
材16は、第1部材15に対して実質的に分離されてい
るので、第1部材および第2部材の区別がなく一体化さ
れている従来のパッケージ部材に比べて剛性が大幅に低
い。このため、半導体パッケージ11と回路基板12と
の間の線膨張率差に起因して電気接続用はんだバンプ2
4に生じる熱応力を従来に比べて大幅に低減でき、熱応
力で電気接続用はんだバンプ24が破壊するのを抑制で
きるので、信頼性を大幅に向上させることができる。
【0028】また、この例のように、第2部材16と導
通テープ20との間に常温領域において剛性の小さい応
力緩和部材21を介挿させていると、回路基板側からみ
た第2部材16の等価的な剛性をさらに下げることがで
きるので、電気接続用はんだバンプ24に生じる熱応力
を一層低減できる。
【0029】なお、第1部材15と第2部材16とを実
質的に分離したことによって半導体パッケージ11、具
体的にはパッケージ部材14に対する剛性低下効果が十
分に得られる場合には、第2部材16と導通テープ20
との間の応力緩和部材を省略し、図2に示すように、第
2部材16の図中下面に導通テープ20を固定保持する
構成を採用してもよい。この図では図1と同一機能部分
が同一符号で示してある。したがって、詳しい説明は省
略する。
【0030】図3には本発明のさらに別の実施形態に係
るBGA型の半導体パッケージ11bを回路基板12に
実装した半導体装置13bの模式的な断面図が示されて
いる。なお、この図では図1と同一機能部分が同一符号
で示されている。したがって、重複する部分の詳しい説
明は省略する。
【0031】この例に係る半導体パッケージ11bが図
1および図2に示されるものと異なる点は、パッケージ
部材14aの構造およびパッケージ部材14aに対する
導通テープ20の固定構造にある。
【0032】すなわち、パッケージ部材14aは、2つ
の部材を組合せたものではなく、先の例で説明した材料
等で一体に形成されたものとなっている。パッケージ部
材14aの図中下面には凹部25が形成されており、こ
の凹部25のいわゆる底面に半導体チップ19が熱伝導
率の良い接着剤等によって固定されている。
【0033】パッケージ部材14aの表面で、凹部25
が設けられている側の表面には常温領域において剛性の
小さい応力緩和部材21aを介して導通テープ20が固
定されている。なお、応力緩和部材21aの厚みは導通
テープ20の厚みのたとえば数倍に設定されている。こ
の応力緩和部材21aの厚みは、図1の実施形態と同様
に、パッケージの大きさによって設計され、100 μm〜
700 μm程度の厚みを有している。
【0034】このような構成であると、パッケージ部材
14aと導通テープ20との間に介挿された応力緩和部
材21aの存在によって、回路基板12側からみたパッ
ケージ部材14aの等価的な剛性を大幅に下げることが
できる。このため、半導体パッケージ14aと回路基板
12との間の線膨張率の違いに起因して電気接続用はん
だバンプ24に生じる熱応力を大幅に低減でき、信頼性
の向上を図ることが可能となる。
【0035】なお、上記した各例では電気接続用のバン
プをはんだで形成しているが、たとえば他のろう材や導
電性の樹脂等、はんだ以外の材料でバンプを形成した場
合においても上述した効果を得ることができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
温度変動に起因して電気的接続部であるバンプに生じる
熱応力を低減でき、これらバンプの熱疲労破壊を防止で
きるので、実装後の機械的および電気的な接続の信頼性
を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る半導体パッケージを
回路基板に実装した半導体装置の模式的断面図
【図2】本発明の別の実施形態に係る半導体パッケージ
を回路基板に実装した半導体装置の模式的断面図
【図3】本発明のさらに別の実施形態に係る半導体パッ
ケージを回路基板に実装した半導体装置の模式的断面図
【図4】従来のBGA型半導体パッケージを回路基板に
実装した半導体装置の模式的断面図
【符号の説明】
11,11a,11b…半導体パッケージ 12…回路基板 13,13a,13b…半導体装置 14,14a…パッケージ部材 15…第1部材 16…第2部材 17…間隙 18…環状突起 19…半導体チップ 20…導通テープ 21,21a…応力緩和部材 22…接続部 23…樹脂 24…電気接続用はんだバンプ 25…凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 H01L 23/12

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体チップと、この半導体チップを搭載
    したパッケージ部材と、内部に設けられた電気配線を前
    記半導体チップに接続して前記パッケージ部材の表面に
    固定された導通テープと、この導通テープの表面に設け
    られて前記半導体チップと回路基板とを前記電気配線を
    介して接続するための電気接続用バンプとを備えた半導
    体パッケージにおいて、 前記パッケージ部材は、前記半導体チップを固定保持す
    る第1部材と、この第1部材とは実質的に分離状態に設
    けられて前記第1部材の前記半導体チップを固定保持し
    た側に積層関係に配置された前記導通テープを固定保持
    する第2部材とで構成されていることを特徴とする半導
    体パッケージ。
  2. 【請求項2】前記第1部材と前記第2部材との間に間隙
    が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半
    導体パッケージ。
  3. 【請求項3】前記パッケージ部材は、前記半導体チップ
    を固定保持した第1部材に対して前記半導体チップを側
    面側から囲むように前記第2部材を配置して構成されて
    いることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケー
    ジ。
  4. 【請求項4】前記第1部材は、放熱フィンとしての機能
    を備えていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
    か1項に記載の半導体パッケージ。
  5. 【請求項5】前記第2部材と前記導通テープとの間には
    応力緩和部材が介挿されていることを特徴とする請求項
    1乃至3のいずれか1項に記載の半導体パッケージ。
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