JP3483720B2 - 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、特
に、プラスチック・ボール・グリッド・アレイ・パッケ
ージ（以下、Ｐ−ＢＧＡという）の構造に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の一般的なＰ−ＢＧＡの構造を、図
を用いて説明する。
【０００３】図８はかかる従来のＰ−ＢＧＡの断面図、
図９は図８のＡ部拡大図である。
【０００４】これらの図において、１は有機材基板、２
は銅箔配線、４は半導体チップ、５はボンディング線、
７は封止樹脂、８はレジスト材、９はグランド層、１２
は半田ボールである。
【０００５】一般的なＰ−ＢＧＡは、厚さ１０〜４０μ
ｍの銅箔配線２により配線を施したビスマレイン酸トリ
アジン系樹脂等の有機材基板１のワイヤボンディングを
行わない表面部分を配線を保護するためにレジスト材８
で被膜し、導電性ペーストを介して半導体チップ４を搭
載し、この半導体チップ４の電極と有機材基板１上の配
線をボンディング線５にて接続した後、半導体チップ４
が搭載されている面をエポキシ系の封止樹脂７により封
止し、その反対の面に端子となる半田ボール１２を格子
状に配列した構造となっている。
【０００６】
【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Ｐ−ＢＧＡの構造では、封止樹脂７にて封止さ
れる有機材基板１面の大部分を、封止樹脂７と密着性を
低下させるシリコーン成分を含むレジスト材８で被覆し
ている。このため、封止材料によっては、封止時熱履歴
により、または、マザーボード実装時のリフローによる
熱履歴により、レジスト材８中のシリコーン成分がレジ
スト表面に現れ、封止樹脂７とレジスト材８との界面が
剥離し、その後の耐湿性が劣化するという問題点があっ
た。
【０００７】本発明は、上記問題点を除去し、封止工程
及びリフロー時の熱履歴における封止樹脂との界面剥離
を抑制し、水分の浸入経路を無くし、その後の耐湿性の
劣化を低減す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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】〔１〕プラスチック・ボ
ール・グリッド・アレイ・パッケージにおいて、有機材
基板の封止面側に半導体チップを搭載するダイパッドと
一体化した銅板を、接着剤を介して貼り合わせるように
したものである。
【０００９】ここで、有機材基板の封止面側に貼り合わ
された銅板は、従来のレジスト材と比較して封止樹脂と
の密着性が優れている。
【００１０】よって、封止工程及びリフロー時の熱履歴
における封止樹脂との界面剥離を抑制することができる
ので、水分の浸入経路が無くなり、その後の耐湿性の劣
化を低減することができる。
【００１１】それに加えて、貼り合わせる銅板が半導体
チップを搭載するダイパッド部と一体形成されているた
め、半導体チップより発生した熱が直接ダイパッドを経
由して銅板に伝導するので、放熱率が向上し、消費電力
の大きい半導体チップの搭載が可能となる。
【００１２】〔２〕プラスチック・ボール・グリッド・
アレイ・パッケージにおいて、有機材基板の封止面側に
銅板を接着剤を介して貼り合わせ、さらに前記有機材基
板の内層に設けられたグランド層と前記銅板とをスルー
ホールを介して接続するようにしたものである。
【００１３】ここで、有機材基板の封止面側に貼り合わ
された銅板は、従来のレジスト材と比較して封止樹脂と
の密着性が優れている。
【００１４】よって、封止工程及びリフロー時の熱履歴
における封止樹脂との界面剥離を抑制することができる
ので、水分の浸入経路が無くなり、その後の耐湿性の劣
化を低減することができる。
【００１５】それに加えて、封止面に貼り合わされた銅
板がスルーホールを介して有機材基板の内層に設けられ
たグランド層と導通し、銅板とグランド層の間に介在す
る信号配線をグランド電位で挟み込む構造（ストリップ
ライン構造）となり、信号配線のインダクタンスが低減
される他、信号配線の特性インピーダンスの合わせ込み
が容易になり、かつ、グランドによるシールド効果によ
り、隣接する信号配線間のクロストークの低減も可能と
なる。
【００１６】〔３〕プラスチック・ボール・グリッド・
アレイ・パッケージにおいて、有機材基板の封止面側に
銅板を接着剤を介して貼り合わせ、前記銅板の四辺を前
記有機材基板の側面を覆うように、下方及び前記有機材
基板の裏側へ機械的に折り曲げ、さらに前記銅板と前記
有機材基板の内層に設けられたグランド層とを、スルー
ホールを介して接続し、前記銅板と有機材基板の裏側に
折り曲げた部分にニッケル／金メッキを介して半田ボー
ルを配置するようにしたものである。
【００１７】ここで、有機材基板の封止面側に貼り合わ
された銅板は、従来のレジスト材と比較して封止樹脂と
の密着性が優れている。
【００１８】よって、封止工程及びリフロー時の熱履歴
における封止樹脂との界面剥離を抑制することができる
ので、水分の浸入経路が無くなり、その後の耐湿性の劣
化を低減することができる。
【００１９】それに加えて、銅板で有機材基板の側面も
覆うようにしたので、有機材基板の側面からの水分の浸
入を防止することができ、さらなる耐湿性の向上が可能
となる。 更に、有機材基板の内層のグランド層とスル
ーホールを介して接続された銅板の有機材基板の裏面に
折り曲げた部分に半田ボールを配置することにより、従
来のボール搭載エリアのグランド端子数を減らすことが
可能となり、その分、Ｉ／Ｏ端子を増やすことが可能と
なり、１パッケージ当たりの端子を有効活用することが
できる。
【００２０】〔４〕プラスチック・ボール・グリッド・
アレイ・パッケージにおいて、有機材基板の封止面側に
銅板を接着剤を介して貼り合わせ、さらに前記有機材基
板の内層に設けられたグランド層と前記銅板とをスルー
ホールを介して接続し、前記銅板の内側開口部周辺にス
ポット的にニッケル／金メッキを施し、グランド用ボン
ディングエリアを設けるようにしたものである。
【００２１】このように、有機材基板に貼り合わせた銅
板にグランド用ボンディングエリアを設けているので、
信号用のボンディング端子を従来より内側に配置するこ
とができ、信号用ボンディング線が短くなる。
【００２２】したがって、信号用経路のインダクタンス
が低減され、信号線上のノイズの低減が可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】本発明の第１実施例について説明する。
【００２５】図１は本発明の第１実施例を示すＰ−ＢＧ
Ａの断面図（図２のＡ−Ａ線断面図）、図２は本発明の
第１実施例を示すＰ−ＢＧＡの基板封止面側平面図であ
る。
【００２６】この第１実施例は、有機材基板１の表面に
銅箔配線２を施した後、有機材基板１の封止面側に接着
剤３を介して、開口部をボンディング線５のボンディン
グエリアのみとし、半導体チップ４を搭載するダイパッ
ド６Ａを銅板６にて一体形成するようにしたものであ
る。なお、１２は有機材基板１の封止面側とは反対側に
設けられる半田ボールである。
【００２７】Ｐ−ＢＧＡの有機材基板１の封止面側に、
半導体チップ４を搭載するダイパッド６Ａを一体形成し
た銅板６を貼り合わせることにより、封止樹脂７との密
着性を向上させ、封止後、またはリフロー後の封止樹脂
７の剥離、及びその後の耐湿性の劣化を低減することが
可能となる。
【００２８】また、半導体チップ４を搭載するダイパッ
ド６Ａ部と一体化している銅板６が放熱板の働きをする
ので、熱抵抗も低減することができる。
【００２９】以上のように、第１実施例によれば、有機
材基板１の封止面側に貼り合わされた銅板６は、従来の
レジスト材８と比較して封止樹脂７との密着性が優れて
いるため、封止工程、及びリフロー時の熱履歴における
封止樹脂７との界面剥離を抑制することができる。した
がって、水分の浸入経路が無くなり、その後の耐湿性の
劣化を低減することができる。
【００３０】また、本実施例では、貼り合わせる銅板６
が半導体チップ４を搭載するダイパッド６Ａ部と一体形
成されているため、半導体チップ４より発生した熱が、
直接ダイパッド６Ａを経由して銅板６に伝導するので、
放熱率が向上し、消費電力の大きい半導体チップ４の搭
載が可能となる。なお、６Ｂはボンディング端子であ
る。
【００３１】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。
【００３２】図３は本発明の第２実施例を示すＰ−ＢＧ
Ａの断面図（図４のＢ−Ｂ線断面図）、図４は本発明の
第２実施例を示すＰ−ＢＧＡの基板封止面側平面図であ
る。
【００３３】これらの図に示すように、有機材基板１の
表面に銅箔による信号配線１０を施した後、有機材基板
１の封止面側に接着剤３を介して、厚さ０．１〜０．４
ｍｍの銅板６を貼り合わせる。
【００３４】更に、銅板６と有機材基板１の内層に設け
られたグランド層９をスルーホール１１を介して接続す
る。
【００３５】Ｐ−ＢＧＡの有機材基板１の封止面側に、
従来のレジスト材８と比較して封止樹脂７との密着性の
良い銅板６を貼り合わせることにより、封止後、また
は、リフロー後の封止樹脂７の剥離、及びその後の耐湿
性の劣化を低減することが可能となる。
【００３６】また、封止面に貼り合わされた銅板６が、
スルーホール１１を介して有機材基板１の内層に設けら
れたグランド層９と導通しているので、銅板６とグラン
ド層９の間に介在する信号配線１０をグランド電位で挟
み込む構造となり、電気特性の向上が可能となる。な
お、図４において、１３はグランドボンディング端子で
ある。
【００３７】以上のように、第２実施例によれば、有機
材基板１の封止面側に貼り合わされた銅板６は、従来の
レジスト材８と比較して封止樹脂７との密着性が優れて
いるため、封止工程及びリフロー時の熱履歴における封
止樹脂７との界面剥離を抑制することができる。したが
って、水分の浸入経路が無くなり、その後の耐湿性の劣
化を低減することができる。
【００３８】また、封止面に貼り合わされた銅板６が、
スルーホール１１を介して有機材基板１の内層に設けら
れたグランド層９と導通し、銅板６とグランド層９の間
に介在する信号配線１０をグランド電位で挟み込む構造
（ストリップライン構造）となり、信号配線１０のイン
ダクタンスが低減される他、信号配線１０の特性インピ
ーダンスの合わせ込みが容易になり、かつ、グランドに
よるシールド効果により、隣接する信号配線間のクロス
トークの低減も可能となる。
【００３９】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。
【００４０】図５は本発明の第３実施例を示すＰ−ＢＧ
Ａの断面図である。
【００４１】この実施例では、有機材基板１の表面に銅
箔配線２を施した後、有機材基板１の封止面側に接着剤
３を介して、厚さ０．１〜０．４ｍｍの銅板６を貼り合
わせる。その後、銅板６の四辺を有機材基板１の側面を
覆うように、下方及び有機材基板１の裏側へ機械的に折
り曲げる。
【００４２】更に、銅板６と有機材基板１の内層に設け
られたグランド層９をスルーホール１１を介して接続
し、銅板６の有機材基板１の裏側に折り曲げた部分にニ
ッケル／金メッキを介して、半田ボール１２Ａを配置す
る。
【００４３】以上のように、第３実施例によれば、Ｐ−
ＢＧＡの有機材基板１の封止面側に、従来のレジスト材
８と比較して封止樹脂７との密着性の良い銅板６を貼り
合わせることにより、封止後、またはリフロー後の封止
樹脂７の剥離、及びその後の耐湿性の劣化を低減するこ
とが可能となる。
【００４４】また、この実施例によれば、銅板６で有機
材基板１の側面を覆うようにしたので、有機材基板１の
側面からの水分の浸入を防止することができ、さらなる
耐湿性の向上が可能となる。
【００４５】更に、有機材基板１の内層のグランド層９
とスルーホール１１を介して接続された銅板６の有機材
基板１の裏側に折り曲げた部分に半田ボール１２Ａを配
置することにより、従来のボール搭載エリアのグランド
端子数を減らすことができ、その分、Ｉ／Ｏ端子を増や
すことが可能となり、１パッケージ当たりの端子を有効
活用することができる。
【００４６】次に、本発明の第４実施例について説明す
る。
【００４７】図６は本発明の第４実施例を示すＰ−ＢＧ
Ａの断面図、図７はそのＰ−ＢＧＡの効果の説明図であ
る。
【００４８】この実施例では、第２及び第３実施例にお
いて、有機材基板１に貼り合わせた銅板６の開口部の周
辺（再内側から０．５〜１．０ｍｍのエリア）に、スポ
ット的に、ニッケル／金メッキ１６を施し、この部分を
グランド用ボンディングエリアとし、半導体チップ４の
グランド端子とボンディング線５を介して接続する。
【００４９】一般的に高速動作のデバイスを搭載する場
合では、図７（ａ）に示すように、信号用ボンディング
端子１５の内側に電源ボンディング端子１４とグランド
ボンディング端子１３（通常はダイパッドを囲むリング
形状）を配置するため、信号用ボンディング線５ｓは長
くなる。
【００５０】しかし、この第４実施例では、図７（ｂ）
に示すように、有機材基板１に貼り合わせた銅板６にニ
ッケル／金メッキ１６を施し、この部分にグランド用ボ
ンディングエリアを設けているので、電源ボンディング
端子１４と信号用のボンディング端子１５を、従来より
内側に配置することができ、信号用ボンディング線５ｓ
が短くなる。
【００５１】以上のように、第４実施例によれば、第２
及び第３実施例の効果の他に、従来構造に比べて、信号
用ボンディング端子１５を内側に配置することができ、
信号用ボンディング線５ｓが短くなるので、信号用経路
のインダクタンスが低減され、信号線上のノイズの低減
が可能となる。
【００５２】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。
【００５３】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【００５４】（１）請求項１記載の発明によれば、有機
材基板の封止面側に貼り合わされた銅板は、従来のレジ
スト材と比較して封止樹脂との密着性が優れている。
【００５５】したがって、封止工程及びリフロー時の熱
履歴における封止樹脂との界面剥離を抑制することがで
きるので、水分の浸入経路が無くなり、その後の耐湿性
の劣化を低減することができる。
【００５６】それに加えて、貼り合わせる銅板が半導体
チップを搭載するダイパッド部と一体形成されているた
め、半導体チップより発生した熱が直接ダイパッドを経
由して銅板に伝導するので、放熱率が向上し、消費電力
の大きい半導体チップの搭載が可能となる。
【００５７】（２）請求項２記載の発明によれば、有機
材基板の封止面側に貼り合わされた銅板は、従来のレジ
スト材と比較して封止樹脂との密着性が優れている。
【００５８】したがって、封止工程及びリフロー時の熱
履歴における封止樹脂との界面剥離を抑制することがで
きるので、水分の浸入経路が無くなり、その後の耐湿性
の劣化を低減することができる。
【００５９】それに加えて、封止面に貼り合わされた銅
板が、スルーホールを介して有機材基板の内層に設けら
れたグランド層と導通し、銅板とグランド層の間に介在
する信号配線をグランド電位で挟み込む構造（ストリッ
プライン構造）となり、信号配線のインダクタンスが低
減される他、信号配線の特性インピーダンスの合わせ込
みが容易になり、かつ、グランドによるシールド効果に
より、隣接する信号配線間のクロストークの低減も可能
となる。
【００６０】（３）請求項３記載の発明によれば、有機
材基板の封止面側に貼り合わされた銅板は、従来のレジ
スト材と比較して封止樹脂との密着性が優れている。
【００６１】したがって、封止工程及びリフロー時の熱
履歴における封止樹脂との界面剥離を抑制することがで
きるので、水分の浸入経路が無くなり、その後の耐湿性
の劣化を低減することができる。
【００６２】それに加えて、銅板で有機材基板の側面も
覆うようにしているので、有機材基板の側面からの水分
の浸入を防止することができ、さらなる耐湿性の向上が
可能となる。
【００６３】更に、有機材基板の内層のグランド層とス
ルーホールを介して接続された銅板の有機材基板の裏面
に折り曲げた部分に半田ボールを配置することにより、
従来のボール搭載エリアのグランド端子数を減らすこと
ができ、その分、Ｉ／Ｏ端子を増やすことが可能とな
り、１パッケージ当たりの端子を有効活用することがで
きる。
【００６４】（４）請求項４記載の発明によれば、有機
材基板に貼り合わせた銅板にグランド用ボンディングエ
リアを設けるようにしているので、信号用のボンディン
グ端子を従来より内側に配置することができ、信号用ボ
ンディング線が短くなる。
【００６５】したがって、信号用経路のインダクタンス
が低減され、信号線上のノイズの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すＰ−ＢＧＡの断面図
である。
【図２】本発明の第１実施例を示すＰ−ＢＧＡの基板封
止面側平面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示すＰ−ＢＧＡの断面図
である。
【図４】本発明の第２実施例を示すＰ−ＢＧＡの基板封
止面側平面図である。
【図５】本発明の第３実施例を示すＰ−ＢＧＡの断面図
である。
【図６】本発明の第４実施例を示すＰ−ＢＧＡの断面図
である。
【図７】本発明の第４実施例を示すＰ−ＢＧＡの効果の
説明図である。
【図８】従来のＰ−ＢＧＡの断面図である。
【図９】図８のＡ部拡大図である。
【符号の説明】
１ 有機材基板 ２ 銅箔配線 ３ 接着剤 ４ 半導体チップ ５ ボンディング線 ５ｓ 信号用ボンディング線 ６ 銅板 ６Ａ ダイパッド ６Ｂ ボンディング端子 ７ 封止樹脂 ８ レジスト材 ９ グランド層 １０ 信号配線 １１ スルーホール １２，１２Ａ 半田ボール １３ グランドボンディング端子 １４ 電源ボンディング端子 １５ 信号用ボンディング端子 １６ ニッケル／金メッキ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 有機材基板の封止面側に半導体チップを
    搭載するダイパッドと一体化した銅板を接着剤を介して
    貼り合わせたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 有機材基板の封止面側に銅板を接着剤を
    介して貼り合わせ、さらに前記有機材基板の内層に設け
    られたグランド層と前記銅板とをスルーホールを介して
    接続したことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項３】 有機材基板の封止面側に銅板を接着剤を
    介して貼り合わせ、前記銅板の四辺を前記有機材基板の
    側面を覆うように、下方及び前記有機材基板の裏側へ機
    械的に折り曲げ、さらに前記銅板と前記有機材基板の内
    層に設けられたグランド層とをスルーホールを介して接
    続し、前記銅板と有機材基板の裏側に折り曲げた部分に
    ニッケル／金メッキを介して半田ボールを配置すること
    を特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項４】 有機材基板の封止面側に銅板を接着剤を
    介して貼り合わせ、さらに前記有機材基板の内層に設け
    られたグランド層と前記銅板とをスルーホールを介して
    接続し、前記銅板の内側開口部周辺にスポット的にニッ
    ケル／金メッキを施し、グランド用ボンディングエリア
    を設けたことを特徴とする半導体装置。
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