JP3442721B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に係
り、特に、放熱性を考慮したキャビティ・ダウン型(C
avity Down Type)のボールグリットア
レイ(BGA)パッケージの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、以下に示すようなものがあった。
【0003】図16は従来の放熱性を考慮したキャビテ
ィ・ダウン型のBGAパッケージの平面図、図17はそ
のBGAパッケージのE−E線断面図である。
【0004】これらの図に示すように、電気的配線回路
を施し、かつ放熱性を考慮するために銅板等からなる、
例えば、段差をつけた絞り加工基板1を用意し、その絞
り加工基板1の絞り加工部1aに接着材2を介してIC
チップ3を接着し、このICチップ3の電極4と、絞り
加工基板1の電極5を金属細線6にて電気的に接続、所
謂ワイヤーボンドした後、エポキシ樹脂等の封止体7を
施し、基板表面1bに端子となる半田ボール8を加熱工
程により格子状に接着する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のBGAパッケージの構造は、図18乃至図20
に示すように、BGAパッケージを装置側の基板、所謂
マザーボード9に接続した際に、温度変化のある環境に
晒されるとパッケージ側の基板1とマザーボード9との
熱膨張係数の違いにより、半田ボール8と加工基板1の
間に応力が集中して、図19に矢印で示すように亀裂が
発生し、ついには、図20に示すように完全に剥がれて
しまう。
【0006】この応力は半田ボール8の角に集中するこ
とが一般的である。また、断面2次モーメントの関係か
ら、BGAパッケージ中心部から外側に向かって応力は
大きくなる。このように、半田ボール8の剥がれが起き
ると、電気的に導通がとれなくなるといった問題が発生
する。
【0007】また、この問題を解決するために、BGA
パッケージ側の基板を薄くし、柔らかくするという試み
があったが、反りや変形が発生し易くなり、基板製造時
に絞り加工が困難になったり、半導体をマザーボードに
実装する際に半田ボールが浮いて接続不具合になるとい
う問題が発生する。
【0008】本発明は、上記問題点を除去し、半田ボー
ルに過剰な応力を与えることなく、接合強度を確保でき
る信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕半導体装置において、電気的配線回路を施し、か
つ放熱性を考慮するために金属からなる加工基板に、半
田ボールが接着される側の底面に底部を残し、前記半田
ボールが接着される反対側の表面に開口を有する凹部を
設けることを特徴とする。
【0010】〔2〕上記〔1〕記載の半導体装置におい
て、前記凹部は複数あって、各凹部は前記半田ボールの
接着される面と反対側の面に、各半田ボールに対応して
設けられていることを特徴とする。
【0011】〔3〕上記〔1〕記載の半導体装置におい
て、前記凹部はリング状であることを特徴とする。
【0012】〔4〕上記〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載
の半導体装置において、前記凹部の深さは、前記加工基
板の中心部から外側に向かって順次深く形成することを
特徴とする。
【0013】〔5〕上記〔1〕記載の半導体装置におい
て、前記加工基板の凹部が形成される領域は前記加工基
板の対角線上の角部に向かって延びる領域であることを
特徴とする。
【0014】〔6〕上記〔1〕記載の半導体装置におい
て、前記加工基板の表面全体に内側から外側へ向かって
順次深さが深くなる階段状の凹部を形成することを特徴
とする。
【0015】〔7〕上記〔1〕から〔6〕の何れか1項
記載の半導体装置において、前記凹部に樹脂を充填する
ことを特徴とする。
【0016】〔〕上記〔1〕記載の半導体装置におい
て、前記加工基板は段差をつけた絞り加工が施されてい
ることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
【0018】図1は本発明の第1実施例を示すBGAパ
ッケージの平面図、図2は図1のA−A線断面図、図3
は図2のA部拡大断面図である。
【0019】これらの図に示すように、電気的配線回路
を施し、かつ放熱性を考慮するために銅板などからなる
段差をつけた絞り加工基板1に、半田ボール8が接着さ
れる反対側の面に応力緩和のための凹部10を設け、加
工基板1の絞り加工部1aに接着材2を介してICチッ
プ3を接着し、このICチップ3の電極4とこの加工基
板1の電極5を金属細線6にて電気的に接続、所謂ワイ
ヤーボンドした後、エポキシ樹脂等の封止体7を施し、
基板表面1bに端子となる半田ボール8を加熱工程によ
り格子状に接着する。
【0020】図3に示すように、凹部10は断面的に見
た場合、半田ボール8の角に相当する位置の上に設ける
ことが望ましい。
【0021】また、凹部10の加工方法としては、液体
によるエッチングやドリル等を用いたミーリング加工等
がある。
【0022】このように構成したので、第1実施例によ
れば、温度変化の際に半導体とマザーボードの熱膨張係
数の差によって発生する応力を、半田ボール8の角部に
集中することなく拡散させることができる。
【0023】したがって、半田ボール8に過剰な応力を
与えることなく、接合強度を確保することができ、信頼
性の高いBGAパッケージとなる。
【0024】また、BGAパッケージ側の全体的な基板
の厚さを確保できるので、反りや変形を低減でき、基板
加工やマザーボードへの実装も問題なく実施することが
できる。
【0025】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。
【0026】図4は本発明の第2実施例を示すBGAパ
ッケージの平面図、図5はそのBGAパッケージの加工
基板の凹部の形状を示す断面図であり、図5(a)から
図5(c)は図4に示した加工基板の外側から中心部へ
向かって順次形成される凹部の形状を示す断面図であ
る。なお、第1実施例と同じ部分については同じ符号を
付してその説明は省略する。
【0027】図4及び図5に示すように、この実施例の
BGAパッケージは加工基板1の中心から外側に向かっ
て順次深くなるように変化させた凹部11c〜11aを
設ける。その場合、断面2次モーメントで応力の大きい
場所から順次、深い凹部11a、中ほどの深さの凹部1
1b、浅い深さの凹部11cを形成する。つまり、断面
2次モーメントによる応力の差に対応する構成とする。
【0028】上記のように、第2実施例によれば、第1
実施例の効果に加え、更に反りや変形を低減することが
できる。
【0029】次に、本発明の第3実施例について説明す
る。
【0030】図6は本発明の第3実施例を示すBGAパ
ッケージの平面図である。
【0031】なお、この実施例では、下記以外について
は第1実施例又は第2実施例と同一であるため、説明を
省略する。
【0032】図6に示すように、加工基板1の対角線上
にあたる領域12にのみ、第1実施例又は第2実施例に
示される凹部を形成する。
【0033】したがって、断面2次モーメントによる応
力の差に対応する構成とすることができる。
【0034】また、第1及び第2実施例の効果に加え、
凹部の形成領域が低減されるので、凹部が加工し易くな
る。
【0035】次に、本発明の第4実施例について説明す
る。
【0036】図7は本発明の第4実施例を示すBGAパ
ッケージの平面図、図8は図7のB−B線断面図であ
る。なお、下記以外については第1実施例と同一である
ため、説明を省略する。
【0037】図8に示すように、加工基板1表面全体に
凹部13を形成する。この凹部13は、内側から外側に
向かって凹部の深さが階段状になるように徐々に深くす
る。つまり、断面2次モーメントによる応力の差に対応
する構成とする。
【0038】このように構成したので、第2実施例の効
果に加え、更に応力緩和がされる。
【0039】次に、本発明の第5実施例について説明す
る。
【0040】図9は本発明の第5実施例を示すBGAパ
ッケージの断面図である。
【0041】この図に示すように、電気的配線回路を施
し、かつ放熱性を考慮するために銅板等からなる段差を
つけた絞り加工基板1に、半田ボール8が接着される基
板部1cの板厚を薄く加工し、この絞り加工部1a以外
にエポキシ樹脂等の応力緩和樹脂14を一様に塗布し、
加工基板1の絞り加工部1aに接着材2を介してICチ
ップ3を接着し、このICチップ3の電極4と、この加
工基板1の電極5を金属細線6にて電気的に接続、所謂
ワイヤーボンドした後、エポキシ樹脂等の封止体7を施
し、加工基板1の表面1bに端子となる半田ボール8を
加熱工程により格子状に接着する。
【0042】このように、半田ボール8の領域上に応力
緩和樹脂14を塗布することにより、熱膨張係数が変更
され、マザーボードと近い熱膨張係数になる。
【0043】上記したように第5実施例によれば、半田
ボール8に過剰な応力を与えることなく、接合強度を確
保でき、信頼性の高いパッケージを構成することができ
る。
【0044】また、パッケージ側の全体的な厚さを確保
することができるので、反りや変形が起こるといったこ
ともなく、基板加工やマザーボードへの実装も問題なく
実施することができる。
【0045】次に、本発明の第6実施例について説明す
る。
【0046】図10は本発明の第6実施例を示すBGA
パッケージの断面図である。
【0047】下記以外については第5実施例と同一であ
るため、説明を省略する。
【0048】図10に示すように、断面的に見ると半田
ボール8の角部に相当する加工基板1の部分に凹部を形
成し、この凹部にエポキシ樹脂等を充填した充填部15
を設ける。
【0049】このように構成したので、第6実施例によ
れば、温度変化の際に半導体とマザーボードの熱膨張係
数の差によって発生する応力が半田ボール8の角部に集
中することがなく、拡散させることができる。更に、反
りや変形を低減することができる。
【0050】次に、本発明の第7実施例について説明す
る。
【0051】図11は本発明の第7実施例を示すBGA
パッケージの断面図である。
【0052】なお、下記以外については第5実施例と同
一であるため、説明を省略する。
【0053】図11に示すように、パッケージ表面全体
に段差を変化させた凹部を形成し、この凹部にエポキシ
樹脂等を充填させた充填部16を設ける。
【0054】このように構成したので、断面2次モーメ
ントの応力変化に対応させることができる。
【0055】したがって、第6実施例の効果に加え、加
工基板1の加工が容易になる。
【0056】次に、本発明の第8実施例について説明す
る。
【0057】図12は本発明の第8実施例を示すBGA
パッケージの平面図、図13は図12のC−C線断面図
である。
【0058】これらの図に示すように、電気的配線回路
を施し、かつ放熱性を考慮するために銅板等からなる段
差をつけた絞り加工基板1の中央部に貫通穴17を設
け、加工基板1の絞り加工部1aに接着材2を介してI
Cチップ3を接着し、このICチップ3をその貫通穴1
7に充填された放熱性に優れている樹脂18を介して放
熱板19に接着し、このICチップ3の電極4と、この
加工基板1の電極5を金属細線6にて電気的に接続、所
謂ワイヤーボンドした後、エポキシ樹脂等の封止体7を
施し、基板表面1bに端子となる半田ボール8を加熱工
程により格子状に接着する。
【0059】このように、第8実施例によれば、加工基
板1の一部(中央部)に貫通穴17を開けたことによ
り、熱による変形を低減することができる。
【0060】したがって、半田ボール8に過剰な応力を
与えることなく、接合強度を確保でき、信頼性の高いパ
ッケージになる。また、ICチップ3から発生する熱に
対する放熱性の向上を図ることができる。
【0061】次に、本発明の第9実施例について説明す
る。
【0062】図14は本発明の第9実施例を示すBGA
パッケージの平面図、図15は図14のD−D線断面を
示す工程図であり、図15(a)はその第1工程図、図
15(b)はその第2工程図である。
【0063】これらの図に示すように、電気的配線回路
を施し、かつ放熱性を考慮するために銅板等からなる段
差をつけた絞り加工基板1の中央部に貫通穴20を設
け、この貫通穴20にICチップ3を固定し、このIC
チップ3の電極4とこの加工基板1の電極5を金属細線
6にて電気的に接続、所謂ワイヤーボンドした後、エポ
キシ樹脂等の封止体7を施し、この基板表面1bに端子
となる半田ボール8を加熱工程により格子状に接着す
る。
【0064】貫通穴20にICチップ3を固定する方法
としては、図15(a)に示すように、例えばその貫通
穴20に予め耐熱性があり、かつ粘着性のあるテープ2
1を施しておき、このテープ21にICチップ3を固定
し、このICチップ3の電極4とこの加工基板1の電極
5を金属細線6にて電気的に接続、いわゆるワイヤーボ
ンドした後、エポキシ樹脂等の封止体7を施し、この封
止体7が固まった時点で、図15(b)に示すように、
上記テープ21を除去するようにする。
【0065】このように、加工基板の一部を除去した
ことにより、熱による変形を低減することができる。し
たがって、半田ボール8に過剰な応力を与えることな
く、接合強度を確保でき、信頼性の高いBGAパッケー
ジを得ることができる。
【0066】また、ICチップ3の裏面が露出している
ので、放熱性に優れている。更に、現在パッケージの厚
さ方向を確保するためにICチップ裏面を削る、いわゆ
るバックグラインド工程を行っているが、その工程を除
去することにより工数を低減することができる。また、
CIB(Chip In Board)と同様の製造工
程が利用できる。
【0067】本発明は、更に、以下のような利用形態を
有する。
【0068】なお、第1実施例では、凹部の形状を円と
して示したが、この形状に限定するものではない。
【0069】また、第2、4、7実施例で、段差の数を
3段で示したが、この数に限定するものではない。
【0070】更に、第3実施例で、凹部の領域を楕円で
示したが、この形状に限定するものではない。
【0071】また、第8、9実施例での貫通穴の形状、
設置場所は限定するものではない。
【0072】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0073】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。
【0074】(A)半田ボールに過剰な応力を与えるこ
となく、接合強度を確保することができ、信頼性の高い
半導体装置を得ることができる。
【0075】より具体的には、(B)温度変化の際に半
導体とマザーボードの熱膨張係数の差によって発生する
応力を、半田ボールの角部に集中することなく拡散させ
ることができる。
【0076】(C)断面2次モーメントで応力の大きい
場所には深さが深い凹部を形成し、応力の小さい場所は
浅い凹部となるように調整し、断面2次モーメントによ
る応力の差に対応させることができる。
【0077】(D)加工基板の対角線上にあたる領域に
のみ凹部を形成することにより、断面2次モーメントに
よる応力の差に対応する構成とすることができる。
【0078】また、凹部の形成領域が低減されるので、
凹部が加工し易くなる。
【0079】(E)断面2次モーメントで応力の大きい
場所には深い凹部を形成し、断面2次モーメントで応力
の小さい場所には浅い凹部を形成することにより、断面
2次モーメントによる応力の差に対応する構成とするこ
とができる。更に反りや変形が低減される。
【0080】(F)半田ボールの領域上に応力緩和樹脂
を塗布することにより、熱膨張係数が変更され、マザー
ボードと近い熱膨張係数にすることができる。したがっ
て、半田ボールに過剰な応力を与えることなく、接合強
度を確保でき、信頼性の高いパッケージを構成すること
ができる。
【0081】また、パッケージ側の全体的な厚さを確保
することができるので、反りや変形が起こるといったこ
ともなく、基板加工やマザーボードへの実装も問題なく
実施することができる。
【0082】(G)断面的に見ると半田ボールの角部に
相当する加工基板の部分に凹部を形成し、この凹部にエ
ポキシ樹脂等を充填した充填部を設ける。したがって、
温度変化の際に半導体とマザーボードの熱膨張係数の差
によって発生する応力が半田ボールの角部に集中するこ
とはなく、拡散させることができる。更に反りや変形を
低減することができる。
【0083】(H)パッケージ表面全体に段差を変化さ
せた凹部を形成し、この凹部にエポキシ樹脂などを充填
させた充填部を設ける。したがって、断面2次モーメン
トの応力変化に対応させることができる。また、加工基
板の加工が容易になる。
【0084】(I)加工基板の一部(中央部)に貫通穴
を設けることにより、熱による変形を低減させることが
できる。したがって、半田ボールに過剰な応力を与える
ことなく、接合強度を確保でき、信頼性の高いパッケー
ジになる。また、ICチップから発生する熱に対する放
熱性の向上を図ることができる。
【0085】(J)加工基板の一部を除去したことによ
り、熱による変形が低減される。したがって、半田ボー
ルに過剰な応力を与えることなく、接合強度を確保で
き、信頼性の高いBGAパッケージを得ることができ
る。
【0086】また、ICチップ裏面が露出しているの
で、放熱性に優れている。更に、現在パッケージの厚さ
方向を確保するためにICチップ裏面を削る、いわゆる
バックグラインド工程を行っているが、その工程を除去
することにより工数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示すBGAパッケージの
平面図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】図2のA部拡大断面図である。
【図4】本発明の第2実施例を示すBGAパッケージの
平面図である。
【図5】本発明の第2実施例を示すBGAパッケージの
加工基板の凹部の形状を示す断面図である。
【図6】本発明の第3実施例を示すBGAパッケージの
平面図である。
【図7】本発明の第4実施例を示すBGAパッケージの
平面図である。
【図8】図7のB−B線断面図である。
【図9】本発明の第5実施例を示すBGAパッケージの
断面図である。
【図10】本発明の第6実施例を示すBGAパッケージ
の断面図である。
【図11】本発明の第7実施例を示すBGAパッケージ
の断面図である。
【図12】本発明の第8実施例を示すBGAパッケージ
の平面図である。
【図13】図12のC−C線断面図である。
【図14】本発明の第9実施例を示すBGAパッケージ
の平面図である。
【図15】図14のD−D線断面を示す工程図である。
【図16】従来の放熱性を考慮したキャビティ・ダウン
型のBGAパッケージの平面図である。
【図17】図16のE−E線断面図である。
【図18】図16のE−E線断面図である。
【図19】図18のB部拡大断面図である。
【図20】従来技術の問題点を示す半田ボール部の剥が
れを示す図である。
【符号の説明】
1 加工基板 1a 絞り加工部 1b 基板表面 1c 基板部 2 接着材 3 ICチップ 4 ICチップの電極 5 加工基板の電極 6 金属細線 7 封止体 8 半田ボール 10,11a〜11c,13 凹部 12 加工基板の対角線上にあたる領域 14 応力緩和樹脂 15,16 充填部 17,20 貫通穴 18 樹脂 19 放熱板 21 粘着性のあるテープ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/12 501

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気的配線回路を施し、かつ放熱性を考
    慮するために金属からなる加工基板に、半田ボールが接
    着される側の底面に底部を残し、前記半田ボールが接着
    される反対側の表面に開口を有する凹部を設けることを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、前
    記凹部は複数あって、各凹部は前記半田ボールの接着さ
    れる面と反対側の面に、各半田ボールに対応して設けら
    れていることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置において、前
    記凹部はリング状であることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項1、2又は3記載の半導体装置に
    おいて、前記凹部の深さは、前記加工基板の中心部から
    外側に向かって順次深く形成することを特徴とする半導
    体装置。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の半導体装置において、前
    記加工基板の凹部が形成される領域は前記加工基板の対
    角線上の角部に向かって延びる領域であることを特徴と
    する半導体装置。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の半導体装置において、前
    記加工基板の表面全体に内側から外側へ向かって順次深
    さが深くなる階段状の凹部を形成することを特徴とする
    半導体装置。
  7. 【請求項7】 請求項1から6の何れか1項記載の半導
    体装置において、前記凹部に樹脂を充填することを特徴
    とする半導体装置。
  8. 【請求項8】 請求項1記載の半導体装置において、前
    記加工基板は段差をつけた絞り加工が施されていること
    を特徴とする半導体装置。
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