JP4935163B2 - Semiconductor chip mounting substrate - Google Patents
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Description
本発明は、半導体チップが搭載される基板、およびこの基板に半導体チップを搭載した半導体パッケージ等に関し、特に、フリップチップ方式によって半導体チップが搭載される基板および半導体パッケージに関する。また本発明は、半導体パッケージの製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate on which a semiconductor chip is mounted, a semiconductor package in which the semiconductor chip is mounted on the substrate, and more particularly to a substrate and a semiconductor package in which the semiconductor chip is mounted by a flip chip method. The present invention also relates to a method for manufacturing a semiconductor package.
携帯型電子機器の小型化および薄型化に伴い、携帯型電子機器に内蔵されている各部品、特に半導体パッケージの小型化および薄型化が要求されている。小型化および薄型化を実現し得る半導体パッケージとして、半導体チップの回路面に設けられた端子を、はんだボールを用いて基板のパッドに直接接続するフリップチップ接続を適用した半導体パッケージのニーズが高まっている。また、半導体パッケージの薄型化のために、半導体チップを搭載する基板の薄型化も望まれている。 With the downsizing and thinning of portable electronic devices, there is a demand for downsizing and thinning of components built into portable electronic devices, particularly semiconductor packages. As a semiconductor package that can be reduced in size and thickness, there is an increasing need for a semiconductor package that uses a flip chip connection in which terminals provided on a circuit surface of a semiconductor chip are directly connected to a pad of a substrate using a solder ball. Yes. In addition, in order to reduce the thickness of a semiconductor package, it is desired to reduce the thickness of a substrate on which a semiconductor chip is mounted.
こうした半導体パッケージの薄型化、特に基板の薄型化に伴い、半導体パッケージの反りが問題になってきた。反りが発生する原因は、半導体パッケージの製造工程では各種の熱負荷が加わるが、半導体パッケージを構成する各部品の熱膨張係数が互いに異なっているためである。熱負荷は、例えば、半導体チップを基板にフリップチップ接続する際や、半導体パッケージを他の基板に搭載する際の、はんだリフロー時に発生する。半導体パッケージを構成する各部品の熱膨張係数は、例えば、半導体チップについては3×10-6/K程度、基板については、基板の構成部材の中で最も影響の大きいガラスクロスで15×10-6/K程度である。 With such thinning of the semiconductor package, in particular, the thinning of the substrate, the warpage of the semiconductor package has become a problem. The cause of the warp is that various thermal loads are applied in the manufacturing process of the semiconductor package, but the thermal expansion coefficients of the components constituting the semiconductor package are different from each other. The thermal load is generated, for example, during solder reflow when the semiconductor chip is flip-chip connected to the substrate or when the semiconductor package is mounted on another substrate. Thermal expansion coefficient of each component constituting the semiconductor package, for example, 3 × 10 -6 / K about the semiconductor chip, for substrate, a large glass cloth most influential in the substrate of the component 15 × 10 - It is about 6 / K.
従来の半導体パッケージに発生する反りについて、以下に説明する。 The warp occurring in the conventional semiconductor package will be described below.
図17Aは、従来の半導体パッケージの平面図であり、図17Bは、図17Aに示す半導体パッケージにおいて、半導体チップと基板とをフリップチップ接続した後、常温に戻った段階でのA−A線断面図である。 FIG. 17A is a plan view of a conventional semiconductor package, and FIG. 17B is a cross-sectional view taken along line AA in the semiconductor package shown in FIG. 17A after the semiconductor chip and the substrate are flip-chip connected and returned to room temperature. FIG.
基板102は、その中央部にチップ搭載領域を有し、チップ搭載領域において半導体チップ101と基板102とは、半導体チップ101のバンプ(不図示)と基板のパッド(不図示)とでフリップチップ接続されている。基半導体チップ101と基板102との隙間にはアンダーフィル樹脂104が充填されている。アンダーフィル樹脂104には熱硬化性樹脂が用いられ、その硬化温度は約180℃〜250℃である。基板102の半導体チップ101が搭載された面には、複数の外部端子103が半導体チップ101を取り囲んで配置されている。外部端子103は、はんだボールで形成されている。
The
半導体パッケージを製造する際は、基板101のチップ搭載領域にアンダーフィル樹脂104を充填した後、チップ搭載用ツールで半導体チップ101を保持し、半導体チップ101を基板102に押し付ける。これによって、半導体チップ101のバンプと基板102のパッドとが密着し、半導体チップ101と基板102とが電気的に接続される。
When manufacturing a semiconductor package, after filling the chip mounting area of the
チップ搭載用ツールは加熱されている。このツールで半導体チップ101を基板102に押し付けることによって、ツールの熱が半導体チップ101を介してアンダーフィル樹脂104へ伝わり、アンダーフィル樹脂104が硬化する。この際、基板102も約150℃〜220℃程度に加熱される。このように、基板102への半導体チップ101の搭載は、両者が加熱された状態で行われる。前述したように、半導体チップ101と基板102とでは熱膨張係数が大きく異なっている。したがって、半導体チップ101の搭載時には、半導体チップ101に比べて基板102が大きく膨張している。
The chip mounting tool is heated. By pressing the
アンダーフィル樹脂104の硬化後、半導体チップ101が搭載された基板102を常温に戻すと、半導体チップ101および基板102が収縮するが、半導体チップ101に比べて基板102のほうが大きく収縮する。チップ搭載領域では半導体チップ101と基板102とはアンダーフィル樹脂104を介して一体化しているので、半導体チップ101および基板102の収縮によって、図17Bに示すように、基板102には半導体チップ101が搭載された面が凸となるような反りが発生する。
When the
その後、基板102の半導体チップ101が搭載された面に外部端子103が形成され、はんだリフロー工程を経て基板102は他の基板と接続される。はんだリフローは、はんだの融点よりも高い温度、例えば240℃〜260℃で行われる。そのため、はんだリフロー時には半導体チップ101および基板102が膨張するが、両者の熱膨張係数の違いにより、図17Cおよび図17Dに示すように、半導体パッケージには半導体チップ101が搭載された面が凹となるような反りが発生する。この反りの発生によって、半導体パッケージの辺内中央部で外部端子103が他の基板105から浮き上がる。外部端子103の浮き上がり量は、半導体パッケージの中心に近ければ近いほど大きい。
Thereafter,
他の基板105と外部端子103との距離が、はんだリフロー工程で供給されたクリームはんだが溶融することによって吸収できる範囲を超えると、半導体パッケージと他の基板105との接続不良となる。
When the distance between the other substrate 105 and the
このような半導体パッケージの反りによる接続不良は、基板102の半導体チップ101が搭載された面と反対側の面に外部端子103が設けられた場合も同様に発生する。この場合は、外部端子103の浮き上がりは、半導体パッケージの端部で発生する。
Such a connection failure due to the warpage of the semiconductor package similarly occurs when the
半導体パッケージは、その厚さが薄くなればなるほど剛性が低くなる。前述したように半導体パッケージの薄型化が要求される状況では、厚さが0.3mm以下の半導体チップ101、および厚さが0.8mm以下の基板102を用いる場合もある。そのような場合、半導体パッケージの反りは顕著になる。さらに、半導体パッケージの高機能化に伴う外部端子数の増加に対応するため、外部端子は高密度に配列される傾向にある。そのため、外部端子であるはんだボールの直径も、より小さくなっている。はんだボールの直径が小さいと、半導体パッケージの反りに対する許容範囲が小さくなる。また、環境負荷低減を目的としたRoHS指令(Restriction on the use of certain Hazardous Substances:特定有害物質使用禁止指令)により、融点が高く、したがってリフロー時に高い温度を要する無鉛はんだを適用せざるを得ないことも、半導体パッケージの反りを助長する一因となっている。そのため、半導体パッケージの反りに起因する接続不良は、ますます顕著になっている。
As the semiconductor package becomes thinner, the rigidity becomes lower. As described above, in a situation where the semiconductor package is required to be thin, the
半導体パッケージの反りを抑制するため、従来は、半導体パッケージに補強部材を設けて剛性を確保するという手段が講じられていた。 In order to suppress the warpage of the semiconductor package, conventionally, means for securing rigidity by providing a reinforcing member in the semiconductor package has been taken.
例えば、特許文献1には、半導体チップを搭載した基板の半導体チップ搭載面全体を、半導体チップを封止するように樹脂で覆った半導体パッケージが開示されている。このように基板の半導体チップ搭載面全体を樹脂で覆うことによって、樹脂は補強部材として作用し、半導体パッケージの剛性が高くなる。その結果、半導体パッケージの反りが抑制される。
For example,
特許文献2には、樹脂ではなく金属製の補強部材を用いた半導体パッケージが開示されている。この補強部材も、特許文献1に開示された補強部材と同様、基板の半導体チップ搭載面全体を覆って基板に貼り付けられて、半導体チップを封止している。補強部材には、その基板に貼り付けられる面に、半導体チップを収容するための凹部が形成されている。金属製の補強部材は、樹脂と比べて剛性が高いので、反りの抑制にはより効果的である。
特許文献3には、基板の半導体チップが搭載される領域の周辺部に補強層を設け、これによって、基板自身の剛性を高くし、基板の反りを抑制することが開示されている。補強層には金属材料などを用いることができる。
以上のように、従来の半導体パッケージにおいては、パッケージ全体あるいは基板の剛性を高くすることによって、反りを抑制している。
しかしながら、上述した補強部材を備えた半導体パッケージは、補強部材自身が基板とほぼ同じ平面サイズを有しており、かつ半導体チップを覆って設けられているので、半導体パッケージの薄型化が困難であった。 However, the semiconductor package provided with the above-described reinforcing member has a substantially same planar size as the substrate and is provided so as to cover the semiconductor chip, so that it is difficult to reduce the thickness of the semiconductor package. It was.
さらに、近年では携帯型電子機器に適した高機能の半導体パッケージとして、複数の半導体パッケージをさらに1つの大きな半導体パッケージに収容したシステムインパッケージ(SiP)の開発が盛んに行われている。上述した、補強部材を設けた半導体パッケージや、基板に補強層を設けた半導体パッケージでは、これら補強部材や補強層が配置された領域はデッドエリア(他の電子部品を搭載することができない領域)となる。 Further, in recent years, a system-in-package (SiP) in which a plurality of semiconductor packages are accommodated in one larger semiconductor package has been actively developed as a high-performance semiconductor package suitable for portable electronic devices. In the semiconductor package provided with the reinforcing member or the semiconductor package provided with the reinforcing layer on the substrate as described above, the region where the reinforcing member and the reinforcing layer are disposed is a dead area (an area where other electronic components cannot be mounted). It becomes.
そのため、補強部材や補強層を有した従来の半導体パッケージは、他の電子部品や他の半導体パッケージをさらに搭載しようとした場合、搭載できる電子部品等の数が限られる、あるいは半導体パッケージのサイズが大型化するという課題があった。したがって、携帯型電子機器に適用可能な小型かつ薄型でしかも高機能を有する半導体パッケージを実現することは困難であった。 Therefore, the conventional semiconductor package having a reinforcing member or a reinforcing layer has a limited number of electronic components that can be mounted when another electronic component or another semiconductor package is further mounted, or the size of the semiconductor package is limited. There was a problem of increasing the size. Therefore, it has been difficult to realize a small, thin and highly functional semiconductor package applicable to portable electronic devices.
本発明の目的は、デッドエリアを最小限に抑えつつ、加熱によって生じ得る反りを抑制し、小型化、薄型化および高機能化に適した半導体パッケージ、半導体パッケージに用いられる基板、および半導体パッケージの製造方法等を提供することにある。 An object of the present invention is to suppress a warp that may be caused by heating while minimizing a dead area, and a semiconductor package suitable for downsizing, thinning, and high functionality, a substrate used in the semiconductor package, and a semiconductor package It is to provide a manufacturing method and the like.
上記目的を達成するため本発明の基板は、半導体チップが搭載されるチップ搭載領域と、チップ搭載領域よりも外側の部分に位置し、外部との電気的接続用の端子が設けられた外部接続領域と、チップ搭載領域よりも外側の部分に基板と一体的に設けられた局所変形用部材と、を有する。局所変形要部材は、チップ搭載領域に半導体チップが搭載された状態で基板が加熱されたときにチップ搭載領域に生じる反りの方向と逆向きに基板を局所的に変形させるように、熱膨張係数が基板の熱膨張係数と異なっている。さらに、局所変形用部材は、チップ搭載領域と外部接続領域との間の部分に、チップ搭載領域の外周部分を全周にわたって取り囲んで設けられている。 In order to achieve the above object, a substrate of the present invention is located on a chip mounting area on which a semiconductor chip is mounted, and an external connection provided on a portion outside the chip mounting area and provided with a terminal for electrical connection with the outside. And a local deformation member provided integrally with the substrate in a portion outside the chip mounting region. The local deformation essential member has a coefficient of thermal expansion so as to locally deform the substrate in the direction opposite to the direction of warpage occurring in the chip mounting area when the substrate is heated with the semiconductor chip mounted in the chip mounting area. Is different from the thermal expansion coefficient of the substrate. Further, the local deformation member is provided in a portion between the chip mounting region and the external connection region so as to surround the outer peripheral portion of the chip mounting region over the entire periphery.
局所変形用部材の熱膨張係数は、より詳しくは、局所変形用部材が基板のチップ搭載面側に位置する場合は基板の熱膨張係数よりも大きく、局所変形用部材が基板のチップ搭載面と反対側の面であるチップ非搭載面側に位置する場合は基板の熱膨張係数よりも小さい。 More specifically, the thermal expansion coefficient of the local deformation member is larger than the thermal expansion coefficient of the substrate when the local deformation member is located on the chip mounting surface side of the substrate. When located on the chip non-mounting surface side which is the opposite surface, it is smaller than the thermal expansion coefficient of the substrate.
上記のように局所変形用部材を基板に設けることで、この基板を用いた半導体パッケージを他の基板に搭載する際に半導体パッケージに熱を加えることによって基板に生じる反りが矯正される。 By providing the member for local deformation on the substrate as described above, when the semiconductor package using this substrate is mounted on another substrate, the warp generated in the substrate by applying heat to the semiconductor package is corrected.
より詳しくは、半導体チップが搭載された基板に熱が加わると、基板のチップ搭載領域では、半導体チップと基板との熱膨張係数が違うことによって、半導体チップが搭載された面が凹となるような反りが生じる。基板には、チップ搭載領域よりも外側の部分に、上記のような局所変形用部材が設けられているので、チップ搭載領域に生じた反りは局所変形用部材によって矯正される。その結果、チップ搭載領域よりも外側の部分に位置している外部接続領域は平面に近付くので、外部接続領域に設けられた端子は、他の基板等に良好に接続される。 More specifically, when heat is applied to the substrate on which the semiconductor chip is mounted, the surface on which the semiconductor chip is mounted becomes concave in the chip mounting area of the substrate due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor chip and the substrate. Warp occurs. Since the local deformation member as described above is provided on the substrate on the outer side of the chip mounting area, the warp generated in the chip mounting area is corrected by the local deformation member. As a result, the external connection region located outside the chip mounting region approaches a plane, so that the terminals provided in the external connection region are well connected to other substrates and the like.
しかも、本発明では、従来のように基板の変形を抑制するのではなく、局所変形用部材の熱膨張を利用して基板を意図的に変形させて外部接続領域の平坦性を確保している。局所変形用部材は、その材料および設置場所を適切に選定することによって、小さな体積で十分な効果を発揮する。したがって、本発明によれば、局所変形用部材を設けたことによる、基板および半導体パッケージの厚さおよび体積の増加は抑制され、かつ、デッドエリも最小限ですむ。 Moreover, in the present invention, the flatness of the external connection region is ensured by intentionally deforming the substrate by utilizing the thermal expansion of the local deformation member, instead of suppressing the deformation of the substrate as in the prior art. . The member for local deformation exhibits a sufficient effect with a small volume by appropriately selecting the material and the installation location. Therefore, according to the present invention, the increase in the thickness and volume of the substrate and the semiconductor package due to the provision of the member for local deformation is suppressed, and the dead area is minimized.
以上説明したように、本発明によれば、基板が加熱されることによって生じる反りを矯正して、外部接続領域の平坦性を確保できるので、半導体パッケージを他の基板に搭載したときの、電気的接続不良を抑制することができる。また、最小限の局所変形用部材の占有体積で基板の反りを矯正できるので、基板および半導体パッケージの小型化および薄型化を達成することができ、かつデッドスペースも少なく、他の部品を高密度で搭載することができる。 As described above, according to the present invention, the warpage caused by heating the substrate can be corrected and the flatness of the external connection region can be ensured. Therefore, when the semiconductor package is mounted on another substrate, Connection failure can be suppressed. In addition, since the warpage of the substrate can be corrected with the minimum occupied volume of the member for local deformation, the substrate and the semiconductor package can be reduced in size and thickness, the dead space is small, and other components are dense. Can be installed.
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1Aを参照すると、基板2と、基板2に搭載された半導体チップ1と、を有する、本発明の第1の実施形態による半導体パッケージの、外部端子3が設けられた面側から見た平面図が示されている。また、図1Bには、図1Aに示す半導体パッケージの、加熱された状態での1B−1B線断面図が示され、図1Cには、同じく1C−1C断面図が示されている。
(First embodiment)
Referring to FIG. 1A, a plan view of a semiconductor package according to the first embodiment of the present invention, which has a
半導体チップ1は、シリコンウェハ上に半導体製造プロセスを利用して論理回路やメモリ等の素子が形成されたものであり、その素子が形成された面(素子形成面)には複数のバンプ(不図示)が設けられている。
The
基板2は、その片面上に半導体チップ1を搭載するものであり、半導体チップ1が搭載される面であるチップ搭載面は、半導体チップ1が搭載されるチップ搭載領域と、この半導体パッケージを他の基板と接続するための外部接続領域と、を有する。
The
チップ搭載領域は基板2の中央部に位置しており、チップ搭載領域には半導体チップ1のバンプと対応する複数のパッド(不図示)が設けられている。半導体チップ1は、そのバンプを基板2のパッドと接触させて、基板2のチップ搭載領域に搭載されている。外部接続領域は、チップ搭載領域を取り囲んで位置している。外部接続領域には、複数の外部接続端子3が設けられている。外部接続端子3は、はんだボールで形成されており、基板2の外部接続領域に形成された複数のパッド(不図示)上に接続されている。このように、基板2には、半導体チップ1と接続される複数のパッドおよび外部接続端子3と接続される複数のパッドが形成されており、これらのパッドの存在により、基板2単体でもチップ搭載領域と外部接続領域とを区別できる。
The chip mounting area is located at the center of the
半導体チップ1と基板2との隙間にはアンダーフィル樹脂4が充填されている。アンダーフィル樹脂4は、半導体チップ1と基板2との電気的接続状態を補強する役割を果たす。アンダーフィル樹脂4としては、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂を用いることができる。アンダーフィル樹脂4として熱硬化性のエポキシ樹脂を用いた場合、エポキシ樹脂を半導体チップ1と基板2との隙間に充填した後、エポキシ樹脂を例えば180〜250℃に加熱することで、エポキシ樹脂を硬化させる。
The gap between the
各パッドと各外部接続端子3とは、基板2の内層に設けられた配線層(不図示)およびビアホール(不図示)を介して電気的に接続されている。基板2としては、例えば、ガラスクロス材をベース材料とした非常に高剛性なFR−4基板を用いることができる。半導体パッケージは、外部接続端子3を介して他の基板(不図示)と接続される。これによって、この半導体パッケージを含む新たな半導体パッケージが形成される。
Each pad and each
基板2のチップ搭載領域と外部接続領域との間には、局所変形用部材7が、半導体チップ1の外周部全周にわたって、基板2と密着して一体的に設けられている。局所変形用部材7は、一端面をチップ搭載面に露出させた状態で基板2のチップ搭載面側に埋め込まれている。局所変形用部材7の一端面の位置は、チップ搭載面と同一であってもよいし、チップ搭載面よりも基板2内に奥まった位置であってもよいし、チップ搭載面から突出した位置であってもよい。
Between the chip mounting region and the external connection region of the
本発明において、局所変形用部材7の位置をいう場合の「基板2のチップ搭載面側」とは、基板を厚さ方向で二等分したとき、その二等分線を基準にして、チップ搭載面側とその反対面側(チップ非搭載面側)とで局所変形用部材7の体積を比べたときに、チップ搭載面側のほうがチップ非搭載面側よりも大きくなるように局所変形用部材7が存在していることをいう。
In the present invention, “the chip mounting surface side of the
局所変形用部材7は、基板2に熱が加わったときに基板2を局部的に変形させることによって、基板2に生じる反りを矯正するためのものであり、基板2の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料からなる。基板としてFR−4基板を用いた場合、基板2の熱膨張係数は、基板2のベース材料であるガラスクロス材に近い、約15×10-6/Kである。したがって、熱膨張係数がこの値よりも大きい局所変形用部材7として、樹脂材料では例えばエポキシ樹脂を用いることができる。
The
次に、上述した半導体パッケージの製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor package described above will be described.
まず、局所変形用部材7が形成された基板2と、半導体チップ1とを用意する。基板2への局所変形用部材7の形成方法は特に限定されない。局所変形用部材7の形成方法としては、例えば、基板2に局所変形用部材7のための溝を形成しておき、この溝に液状樹脂を充填しそれを硬化させる方法や、予め形成された局所変形用部材7を基板2の溝に嵌め込んで接着する方法などが挙げられる。液状樹脂を用いる場合、基板2に形成した溝への液状樹脂の供給は、ディスペンサ(不図示)を用いて行うこともできるし、メタルマスクやスクリーンマスク等のマスクを用いた印刷法を利用して行うこともできる。
First, the
次いで、半導体チップ1をフリップチップ接続によって基板2と接続する。フリップチップ接続の工法としては、圧接工法、熱圧着工法、はんだ融着工法、超音波圧着工法等が挙げられる。いずれの工法においても、半導体チップ1と基板2との接続時には、両者の接続部を加熱する。この加熱は、半導体チップ1を基板2に搭載する際に半導体チップ1を基板2上にハンドリングするチップ搭載ツールを加熱し、チップ搭載ツールを介して半導体チップ1を加熱することによって行う。
Next, the
例えば、圧接工法によって接続する場合、アンダーフィル樹脂4の硬化温度は一般的に180〜250℃であるので、この際の基板2の温度は150〜220℃となる。半導体チップ1の熱膨張係数は3×10-6/K程度であるのに対して、基板2の熱膨張係数は15×10-6/K程度と、半導体チップ1の熱膨張係数に比べて極めて大きい。そのため、基板2が半導体チップ1よりも大きく膨張した状態で半導体チップ1と基板2とが接続される。そのため、半導体チップ1と基板2との接続後、常温に戻った時点では、図1Dに示すように、半導体チップ1に比べて基板2のほうが大きく収縮する。その結果、基板2には、半導体チップ1が搭載された面が凸となる方向の反りが発生する。
For example, when connecting by the pressure welding method, since the curing temperature of the
この反り量は、半導体チップ1や基板2の厚さが薄いほど、また半導体チップ1の面積が大きいほど顕著となる。一方、局所変形用部材7の近傍での基板2の反りの度合いは、局所変形用部材7の形成方法に応じて変化する。例えば、変曲点形成部材7を構成する材料を常温に近い温度で基板2上に接着したり形成したりした場合には、常温では、基板2はチップ搭載領域および局所変形用部材7が形成された領域を除く領域(本実施形態では外部接続領域)が、ほぼ平坦となる。
The amount of warpage becomes more conspicuous as the thickness of the
なお、ここでは局所変形用部材7が予め形成された基板2に対して半導体チップ1を搭載する場合を例に挙げたが、基板2に局所変形用部材7を形成する前に基板2に半導体チップ1を搭載し、その後、基板2に局所変形用部材7を形成してもよい。
Here, the case where the
次に、基板2上に半導体チップ1を搭載した半導体パッケージを、他の基板(不図示)上に搭載する。他の基板上への半導体パッケージの搭載は、半導体パッケージに設けられた外部接続端子3を、他の基板に設けられたパッド(不図示)と電気的に接続することによって行う。外部接続端子3と他の基板との電気的接続は、はんだリフローによって行うことができる。はんだリフロー時に用いるはんだとして、無鉛はんだであるSn−3.5Ag−0.5Cu合金を用いた場合、その融点は約225℃であるので、はんだリフロー時の温度(リフロー温度)は240〜260℃程度とされる。
Next, a semiconductor package having the
そのため、はんだリフローによって半導体パッケージは再び膨張する。このとき、図1Bに示すように、はんだリフロー時には、半導体パッケージが加熱されることによって、基板2には、そのチップ搭載領域において、半導体チップ1と基板2との熱膨張量差に起因して、チップ搭載面側が凹となるような反りが発生する。一方、チップ搭載領域の外側では、基板2の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有する局所変形用部材7が基板2に密着して一体的に設けられている。そのため、基板2は、局所変形用部材7が設けられた部位では、基板2の厚み方向について局所変形用部材7と同じ位置の基板2の部分と比べて局所変形用部材7のほうが大きく膨張するので、チップ搭載面側が凸となるように局所的に変形する。
Therefore, the semiconductor package expands again by solder reflow. At this time, as shown in FIG. 1B, during the solder reflow, the semiconductor package is heated, so that the
その結果、基板2は、図1Bおよび図1Cに示すように、局所変形用部材7が設けられた領域よりもさらに外側の領域である外部接続領域では、チップ搭載領域で生じた反りが矯正され、平面Pとほぼ平行な状態となる。このことによって、外部接続端子3が他の基板から浮き上がることはほとんどなくなる。仮に外部接続端子3の浮き上がりが生じたとしても、はんだリフロー工程で供給されたクリームはんだが溶融することによって吸収できる程度まで抑制することができる。したがって、半導体パッケージと他の基板との接続不良を大幅に減少させることができる。
As a result, as shown in FIGS. 1B and 1C, in the external connection region, which is a region further outside the region where the
これに対して、従来のように補強材料や補強層で基板の剛性を高くした構造では、半導体パッケージにおける補強材料や補強層の占有面積あるいは占有体積が大きくなり、基板の部品を搭載できる面積が制限される。本実施形態では基板2の剛性を高くするのではなく基板2の反りを矯正するという新たな手法を採用しているので、基板の反りを矯正するための構造である局所変形用部材7のサイズは大きくする必要はない。そのため、局所変形用部材7の占有面積を小さくして、他の部品を搭載できる領域を最大限に確保することができる。
On the other hand, in the structure in which the rigidity of the substrate is increased with a reinforcing material or a reinforcing layer as in the past, the occupied area or occupied volume of the reinforcing material or the reinforcing layer in the semiconductor package is increased, and the area on which the components of the board can be mounted Limited. In the present embodiment, a new method of correcting the warp of the
特に本実施形態では、局所変形用部材7を基板2に埋め込んで形成しているので、局所変形用部材7による作用を効果的に発揮できる。すなわち、本実施形態では、局所変形用部材7は、その側面が基板2と密着して設けられているので、局所変形用部材7が膨張することで、基板2は局所変形用部材7の側面によって、基板2の面内方向に押される。したがって、局所変形用部材7の膨張を、基板2の局所的な変形に効果的に利用することができる。この、局所変形用部材7による、基板2を面内方向に押し付ける作用をより効果的に発揮させるためには、局所変形用部材7を埋め込むために基板2に形成される溝を、その側壁が基板2の面内方向に対して垂直となるように形成することが好ましい。
In particular, in the present embodiment, since the
局所変形用部材7の膨張によって基板2に生じる反り量は、局所変形用部材7の物性、厚さ、および幅等で調整することが可能である。
The amount of warpage generated in the
また、効果的に基板2をチップ搭載領域と逆向きに反らせるためには、半導体パッケージと他の基板との接続時に、局所変形用部材7が基板2を反らせるだけの高い剛性を有していることも重要である。半導体パッケージと他の基板との接続は、外部接続端子3であるはんだボールを溶融させた状態で行う。したがって、半導体パッケージと他の基板との接続時に、局所変形用部材7が高い剛性を有するためには、外部接続端子3に用いられているはんだの融点において、局所変形用部材7の弾性率が基板2の弾性率よりも高いことが好ましい。あるいは、半導体パッケージと他の基板との接続をはんだリフローで行う場合、はんだリフローは、はんだの融点よりも高い温度でなされるため、実際上は、はんだリフロー温度域において、局所変形用部材7の弾性率が基板2の弾性率よりも高いことが好ましい。
Further, in order to effectively warp the
局所変形用部材7を樹脂材料で構成する場合、局所変形用部材7にフィラーを添加することもできる。この場合には、局所変形用部材7に添加するフィラーは熱膨張係数が高いほど好ましい。例えば、一般的にフィラーとして用いられる材料であるシリカ、アルミナ、およびCu(銅)の熱膨張係数はそれぞれ5×10-6/K、7〜8×10-6/K、および17×10-6/Kである。したがって、熱膨張係数の観点からは、局所変形用部材7に添加するフィラーとしては、Cuなどの金属フィラーがより好ましい。さらには、弾性率は低いが熱膨張係数が著しく大きいシリコーンフィラー等も、局所変形用部材7として例えばシリカハイブリッドのような高ガラス転移点(Tg)かつ高剛性樹脂を用いた場合は、これと組み合わせることで局所変形用部材7の熱膨張係数を大きくするという効果が得られる。一方、局所変形用部材7の弾性率を向上させるという観点からは、局所変形用部材7に添加するフィラーとしては、シリカ、アルミナおよびCuなどの金属のフィラーのいずれも好ましく用いることができる。
When the
以上のように、局所変形用部材7としては各種のものを選択することができる。ただし、基板2の反りが問題になるのは、はんだリフロー工程であるため、基板2および局所変形用部材7の弾性率としては、特にはんだリフロー温度域での値が重要である。
As described above, various members can be selected as the
図2は、基板2の材料として一般的な、FR−4と呼ばれる、ガラスクロス材をベースとした基板の弾性率の温度依存性を示すグラフである。基板2は、常温では10GPa程度の高弾性特性を示す。ところが、例えば無鉛はんだとして一般的なSn−Ag−Cu系の3元はんだの融点である220℃から230℃の間での弾性率は、常温時の約5分の1の2GPa程度まで低下する。よってこの場合には、局所変形用部材7の弾性率は、この温度域で2GPaを超える弾性率を有していればよい。よって、局所変形用部材7としては、例えば図3に示すような弾性率特性を有する材料(熱硬化性アミン系エポキシ樹脂)が適用可能である。この材料は、225℃においては、基板2の弾性率2GPaを上回る4GPaの弾性率を有しており、局所変形用部材7として好ましく用いることができる。また、樹脂材料はガラス転移温度(Tg)以上で弾性率が急激に低下することが知られている。このため、局所変形用部材7として樹脂材料を用いる場合には、Tgの高い材料であることが好ましい。さらには、局所変形用部材7のTgがはんだの融点を超える材料であればより好適である。
FIG. 2 is a graph showing the temperature dependence of the elastic modulus of a substrate based on a glass cloth material called FR-4, which is a general material of the
一方、基板2の材料を最適化することによって、局所変形用部材7による効果を大きくすることも可能である。はんだリフロー温度域での弾性率が低い材料を基板2の材料として用いれば、局所変形用部材7の材料として弾性率が低いものを適用でき、局所変形用部材7の材料の選択範囲を広げることができる。同様に、基板2の熱膨張係数についても、低いことが好ましく、半導体チップ1の熱膨張係数に近いほど好ましい。
On the other hand, by optimizing the material of the
FR−4に限らずほとんどの基板2の材料は、Tgを超えると急激な弾性率の低下が見られる。その弾性率の低下量や、弾性率が急激に低下する温度は、材料によって異なる。
Most of the materials of the
基板2としては、FR−4の他に、例えば、アラミド不織布に樹脂を含浸させた材料を選定してもよい。アラミド不織布を基材とした基板の熱膨張係数はFR−4よりも低く、10×10-6/K程度であり、また、はんだリフロー温度域での弾性率もFR−4よりも低い。このことから、基板2としてアラミド不織布を基材とした基板を用いた場合は、局所変形用部材7による効果が大きくなる。また、このアラミド不織布を基材とした基板では、その熱膨張係数が低いことから、Cuなどの金属材料との熱膨張係数の差が大きくなる。そのため、局所変形用部材7として、金属板等の無機材料を適用することが可能となる。この際には、はんだリフロー温度域で、基板2と局所変形用部材7とが密着していることが重要である。
As the
(第2の実施形態)
図4A、図4B、および図4Cを参照して、本発明の第2の実施形態による半導体パッケージを説明する。本実施形態における半導体パッケージは、基板2のチップ搭載面と反対側の面に外部接続端子3が設けられている点で、第1の実施形態と異なっている。つまり、基板2は、チップ搭載領域と外部接続領域とが互いに反対側の面に位置している。その他の構成、例えば、半導体チップ1が基板2の中央部に搭載されていること、半導体チップ1と基板2との隙間にアンダーフィル樹脂4が充填されていること、および基板2のチップ搭載面側において局所変形用部材7がチップ搭載領域を取り囲んで形成されていること等は、第1の実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
A semiconductor package according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A, 4B, and 4C. The semiconductor package according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the
なお、図4A〜図4Cでは、第1の実施形態と同様の構成部材については第1の実施形態の説明で用いたのと同じ符号を付している。このことは、以降の実施形態においても同様である。 In FIGS. 4A to 4C, the same reference numerals as those used in the description of the first embodiment are assigned to the same constituent members as those in the first embodiment. The same applies to the following embodiments.
上記のとおり、本実施形態では、外部接続端子3は基板2のチップ搭載面と反対側の面に設けられているが、その他の構成は第1の実施形態と同様である。したがって、熱を与えたときの半導体パッケージの挙動は、第1の実施形態と同様である。すなわち、この半導体パッケージを他の基板に搭載する際に半導体パッケージが加熱されると、図4Bに示すように、基板2には、そのチップ搭載領域において、チップ搭載面側が凹となるような反りが発生する。一方、チップ搭載領域の外側では、基板2は、局所変形用部材7が設けられた部位が、チップ搭載面側が凸となるように局所的に変形する。
As described above, in the present embodiment, the
その結果、基板2は、図4Bおよび図4Cに示すように、局所変形用部材7が設けられた領域よりも外側に位置している外部接続領域では、チップ搭載領域で生じた反りが矯正され、平面Pとほぼ平行となる。したがって、本実施形態においても、上述した実施形態と同様、半導体パッケージと他の基板との接続不良を大幅に減少させることができる。
As a result, as shown in FIGS. 4B and 4C, in the external connection region located outside the region where the
(第3の実施形態)
図5A、図5B、および図5Cを参照して、本発明の第3の実施形態による半導体パッケージを説明する。
(Third embodiment)
A semiconductor package according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A, 5B, and 5C.
第1および第2の実施形態では、局所変形用部材7を基板2のチップ搭載面側に設けた例を示したが、本実施形態では、局所形成用部材7を、基板2の半導体チップ1が搭載された面と反対の面(チップ非搭載面)側に設けている。言い換えれば、本実施形態では、第1の実施形態と同様に局所変形用部材7が形成された基板2を、第1の実施形態とは表裏反転させた状態で、基板2に半導体チップ1が搭載され、外部接続端子3が設けられている。
In the first and second embodiments, the example in which the
なお、本発明において、局所変形用部材7の位置をいう場合の「基板2のチップ非搭載面側」についても、「チップ搭載面側」と同様の考え方に基づく。すなわち、「基板2のチップ非搭載面側」とは、基板を厚さ方向で二等分したとき、その二等分線を基準にして、チップ搭載面側とチップ非搭載面側とで局所変形用部材7の体積を比べたときに、チップ非搭載面側のほうがチップ搭載面側よりも大きくなるように局所変形用部材7が存在していることをいう。
In the present invention, “the chip non-mounting surface side of the
局所変形用部材7には、基板2よりも熱膨張係数が小さい材料が用いられる。基板2よりも熱膨張係数が小さい材料としては、シリカ等の無機フィラーを添加した樹脂材料、熱膨張係数が結晶方位により調整可能な液晶ポリマー、および低膨張係数の無機材料などが挙げられる。局所変形用部材7に好ましく用いることができる無機材料としては、より具体的には、アルミナ、窒化珪素等に代表されるセラミック、および42アロイやコバールといった金属などが挙げられる。
A material having a smaller thermal expansion coefficient than that of the
本実施形態では、半導体パッケージを他の基板(不図示)に搭載するために半導体パッケージが加熱されると、図5Bに示すように、基板2には、チップ搭載領域において、チップ搭載面側が凹となるような反りが発生する。一方、チップ搭載領域の外側の局所変形用部材7が設けられた部位では、基板2は、基板2の厚み方向について局所変形用部材7と同じ位置の基板2の部分に比べて、局所変形用部材7の膨張量は小さい。その結果、基板2は、局所変形用部材7が設けられた部分では、チップ搭載面側が凸となるように局所的に変形する。
In the present embodiment, when the semiconductor package is heated in order to mount the semiconductor package on another substrate (not shown), as shown in FIG. The warp which becomes becomes occurs. On the other hand, in the part where the
このことによって、基板2は、局所変形用部材7が設けられた部位よりも外側に位置している外部接続領域では、チップ搭載領域に生じた反りが矯正され、平面Pとほぼ平行となる。したがって、本実施形態においても、上述した各実施形態と同様、半導体パッケージと他の基板との接続不良を大幅に減少させることができる。
As a result, in the external connection region located outside the region where the
本実施形態による効果は、外部接続端子3が基板2のチップ搭載面に設けられた場合に限らず、チップ非搭載面に設けられた場合であっても同様である。
The effect according to the present embodiment is not limited to the case where the
(第4の実施形態)
図6A、図6Bおよび図6Cを参照して、本発明の第4の実施形態による半導体パッケージを説明する。本実施形態の半導体パッケージは、基板2の形状が上述した各実施形態と異なっている。すなわち、基板2には、そのチップ搭載面に凹部が形成されており、半導体チップ1は、この凹部内に位置して基板2に搭載されている。基板2と半導体チップ1との隙間にはアンダーフィル樹脂4が充填されている。外部接続端子3は、基板2のチップ搭載面に設けられている。
(Fourth embodiment)
A semiconductor package according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A, 6B and 6C. The semiconductor package of this embodiment is different from the above-described embodiments in the shape of the
基板2に形成される凹部の平面サイズは半導体チップ1の平面サイズよりも大きく、凹部内で基板2に搭載された半導体チップ1の外周部には、半導体チップ1の全周にわたって、凹部による空間がある。局所変形用部材7は、この空間を埋めるようにして基板2に設けられている。したがって、局所変形用部材7は、半導体チップ1の外周を全周にわたって取り囲んで基板2と密着して一体的に設けられている。局所変形用部材7としては、その熱膨張係数が基板2の熱膨張係数よりも大きい材料が用いられる。
The planar size of the recess formed in the
本実施形態においても、半導体パッケージを他の基板(不図示)に搭載するために半導体パッケージが加熱されると、図6Bに示すように、基板2には、チップ搭載領域において、チップ搭載面側が凹となるような反りが発生する。一方、局所変形用部材7が設けられた部位では、基板2は、チップ搭載面側が凸となるように局所的に変形する。その結果、基板2は、図6Bおよび図6Cに示すように、局所変形用部材7が設けられた領域よりも外側に位置している外部接続領域では、チップ搭載領域で生じた反りが矯正され、平面Pとほぼ平行となる。したがって、本実施形態も、上述した実施形態と同様、半導体パッケージと他の基板との接続不良を大幅に減少させることができる。
Also in this embodiment, when the semiconductor package is heated to mount the semiconductor package on another substrate (not shown), the
本実施形態のような、基板2に形成された凹部内に半導体チップ1および局所変形用部材7を配置した構成は、基板2に半導体チップ1を搭載した後に、例えば液状樹脂を基板2の凹部に充填し、硬化させることで形成することができる。もちろん本実施形態においても、局所変形用部材7を予め作製しておき、半導体チップ1を基板2に搭載した後に、接着等によって局所変形用部材7を基板2の凹部内に固定することもできる。
The configuration in which the
(第5の実施形態)
図7A、図7Bおよび図7Cを参照して、本発明の第5の実施形態による半導体パッケージを説明する。
(Fifth embodiment)
A semiconductor package according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A, 7B and 7C.
本実施形態の半導体パッケージは、外部接続端子3が、基板2のチップ非搭載面に設けられている点で上述した第4の実施形態と異なる。その他の構成は、第4の実施形態と同様である。本実施形態のように、外部接続端子3を基板2のチップ非搭載面に設けた場合であっても、第4の実施形態と同様、半導体パッケージを他の基板(不図示)に搭載するために半導体パッケージが加熱されたときに基板2に生じた反りを矯正することができる。その結果、本実施形態においても、半導体パッケージと他の基板との接続不良を大幅に減少させることができる。
The semiconductor package of this embodiment is different from the above-described fourth embodiment in that the
上述した第4の実施形態および第5の実施形態では、局所変形用部材7を基板2のチップ搭載面側に設けた例を示したが、第3の実施形態のように、基板2のチップ非搭載面側に局所変形用部材7を設けることもできる。その場合、局所変形用部材7には、その熱膨張係数が基板2の熱膨張係数よりも小さいものを用いる。
In the fourth embodiment and the fifth embodiment described above, the example in which the
(第6の実施形態)
図8A、図8Bおよび図8Cを参照して、本発明の第6の実施形態による半導体パッケージを説明する。本実施形態の半導体パッケージは、基本的な構造は第4の実施形態と同様であるが、局所変形用部材7が半導体チップ1を覆って設けられている点が第4の実施形態と異なっている。このような局所変形用部材7は、基板2の凹部内に半導体チップ1を搭載した後、例えば液状樹脂を、凹部を埋め、かつ半導体チップ1が覆われるように基板2上に供給し、硬化させることで形成することができる。
(Sixth embodiment)
A semiconductor package according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8A, 8B and 8C. The basic structure of the semiconductor package of this embodiment is the same as that of the fourth embodiment, but differs from the fourth embodiment in that a
半導体チップ1を覆って局所変形用部材7を形成した場合であっても、基板2の加熱時に局所変形用部材7が基板2を局所的に変形させる作用は、局所変形用部材7が基板2と接している箇所で生じる。したがって、半導体パッケージを他の基板(不図示)に搭載するために半導体パッケージが加熱された際には、第4の実施形態と同様、図8Bおよび図8Cに示すように、基板2は外部接続端子3が設けられた外部接続領域ではチップ搭載領域で生じた反りが矯正されて平面Pとほぼ平行になる。このことにより、本実施形態も、半導体パッケージと他の基板との接続不良を大幅に減少させることができる。
Even when the
また本実施形態では、局所変形用部材7が半導体チップ1を覆って設けられていることによって、上述した効果に加え、以下に述べるような効果がある。
In the present embodiment, since the
第1の効果は、半導体チップ1を保護できることである。局所変形用部材7は、半導体チップ1を覆っているため、半導体チップ1は局所変形用部材7によって封止される。その結果、半導体チップ1は局所変形用部材7によって保護される。
The first effect is that the
第2の効果は、基板2を加熱したときの、チップ搭載領域での基板2の反りを緩和できることである。局所変形用部材7の熱膨張係数は、基板2の熱膨張係数よりも大きい。基盤2の熱膨張係数は、半導体チップ1の熱膨張係数よりも大きい。したがって、局所変形腰部材の熱膨張係数は、半導体チップ1の熱膨張係数よりも大きいことになる。局所変形用部材7は、半導体チップ1の、基板2との接続面と反対側の面に密着して一体的に設けられているので、半導体パッケージが加熱されると、局所変形用部材7が半導体チップ1を覆っている部分では、局所変形腰部材7のほうが半導体チップ1よりも大きく膨張しようとする。その結果、基板2のチップ搭載領域での、チップ搭載面側が凹となるような反りが緩和される。
The second effect is that the warpage of the
(第7の実施形態)
図9A、図9Bおよび図9Cを参照して、本発明の第7の実施形態による半導体パッケージを説明する。
(Seventh embodiment)
A semiconductor package according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9A, 9B and 9C.
本実施形態の半導体パッケージは、外部接続端子3が、基板2のチップ非搭載面に設けられている点で上述した第6の実施形態と異なる。その他の構成は第6の実施形態と同様である。本実施形態のように、外部接続端子3を基板2のチップ非搭載面に設けた場合であっても、第6の実施形態と同様、半導体パッケージを他の基板(不図示)に搭載するために半導体パッケージが加熱されたときに基板2に生じた反りを矯正することができる。その結果、本実施形態においても、半導体パッケージと他の基板との接続不良を大幅に減少させることができる。
The semiconductor package of this embodiment is different from the above-described sixth embodiment in that the
(第8の実施形態)
上述した各実施形態では、局所変形用部材が基板に埋め込まれたものとして説明したが、局所変形用部材は、基板の表面上に設けてもよい。
(Eighth embodiment)
In each of the above-described embodiments, the local deformation member is described as being embedded in the substrate. However, the local deformation member may be provided on the surface of the substrate.
以下に、図10Aおよび図10Bを参照して、本発明の第8の実施形態による半導体パッケージを説明する。 A semiconductor package according to the eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 10A and 10B.
基板2のチップ搭載面は、その中央部にチップ搭載領域を有するとともに、チップ搭載領域の外側に外部接続領域を有する。つまり、基板2のチップ搭載面には、その中央部に半導体チップ1が搭載され、半導体チップ1の外側で半導体チップ1を取り囲むように、複数の外部接続端子3が設けられている。
The chip mounting surface of the
基板2のチップ搭載面において、チップ搭載領域と外部接続端子との間には、局所変形用部材7が設けられている。局所変形用部材7は、基板2のチップ搭載面上に基板2と密着して一体的に設けられ、半導体チップ1の外周を全周にわたって取り囲んでいる。局所変形用部材7としては、その熱膨張家数が基板2の熱膨張係数よりも大きい材料が用いられる。
On the chip mounting surface of the
本実施形態のように基板2のチップ搭載面上にそのまま局所変形用部材7を設けた場合でも、基板2と局所変形用部材7とが密着している部分では、半導体パッケージが加熱されたときの基板2と局所変形用部材7との熱膨張差によって、基板2を局所的に、チップ搭載面側が凸となるように変形させることができる。したがって、第1の実施形態等と同様、半導体パッケージを加熱することによって半導体パッケージに生じる反りを、外部接続領域において矯正することができる。
Even when the
基板2の厚さが極めて薄く、基板2の表面に溝を形成するのが困難な場合もある。そのような場合には、本実施形態のような構成が有効である。また、図10Bに示すように、局所変形用部材7の高さを半導体チップ1の高さ以下とすることで、局所変形用部材7を設けたことによって半導体パッケージの厚さが増加することはない。
In some cases, the thickness of the
なお、図10Aおよび図10Bでは、局所変形用部材7を半導体チップ1の外周部に設けた例を示したが、図11Aおよび図11Bに示すように、半導体チップ1を覆って局所変形用部材7を設けてもよい。この場合は、第6および第7の実施形態と同様の効果を奏する。また、図10Aおよび図10Bでは外部接続端子3を基板2のチップ搭載面に設けた例を示したが、外部接続端子3を基板2のチップ非搭載面に設けてもよい。さらに、図10Aおよび図10Bでは局所変形用部材7を基板2のチップ搭載面に設けているが、局所変形用部材7を基板2のチップ非搭載面に設けても同様の効果を得ることができる。ただしこの場合は、局所変形用部材7としては、熱膨張係数が基板2の熱膨張係数よりも小さい材料を用いる。また、局所変形部材7は、基板2のチップ非搭載面の、チップ搭載領域に相当する領域の外側に設けられる。
10A and 10B show an example in which the
さらに、図10Aおよび図11Bでは局所変形用部材7を基板2の表面上に設けた例を示したが、図12Aおよび図12Bに示すように、局所変形部材7が基板2から露出しないように、局所変形用部材7を基板2の内部に完全に埋め込んで設けることもできる。この場合、局所変形用部材7がチップ搭載面側に位置するかチップ非搭載面側に位置するかによって、局所変形用部材7の熱膨張係数が選択される。すなわち、局所変形用部材7としては、局所変形用部材7がチップ搭載面側に位置する場合は、熱膨張係数が基板2の熱膨張係数よりも大きいものが用いられ、チップ非搭載面側に位置する場合は、熱膨張係数が基板2の熱膨張係数よりも小さいものが用いられる。
10A and 11B show an example in which the member for
このような、局所変形用部材7を完全に埋め込んだ基板2は、例えば、基板2の積層工程で、局所変形用部材7の形状に加工されたフィルム状の樹脂や金属の薄板などを、基板2を構成する所望の層に挟んで積層することで形成することができる。
For example, the
以上、本発明について代表的な幾つかの実施形態を例示して説明した。しかし、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変更が可能である。 The present invention has been described with reference to some typical embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.
例えば、局所変形用部材7のサイズ、形状および配置は、半導体パッケージに生じる反りの程度や、基板2の外部接続領域に求められる平坦性に応じて適宜変更することができる。
For example, the size, shape, and arrangement of the
局所変形用部材7は、その体積が大きいほど、基板2を矯正する応力を発生させやすい。そのため、局所変形用部材7の体積が大きいほど、局所変形用部材7に求められる材料特性、例えば熱膨張係数、ガラス転移点、加熱時の弾性率等において要求される物性の範囲が広がり、材料の選定の自由度が向上するという利点を有する。しかし、半導体パッケージの平面方向での面積を増加させると、他の部品を実装するための領域が少なくなるため、これらのバランスから、局所変形用部材7の最適な形状を設定する必要がある。その際には、局所変形用部材7を配置する領域を、半導体チップ1になるべく近接させておくことが好ましい。このことによって、局所変形部材7で反りが矯正された領域をより大きくすることができるので、外部接続領域の平坦性を確保することが可能な範囲を拡大することができる。
The
半導体パッケージの厚さ方向における局所変形用部材7の厚さを増加させることによっても、基板2を矯正する応力を増加させることが可能である。この場合には、半導体パッケージの薄型化というメリットが低減しないように、基板2の表面からの局所変形用部材7の高さは、局所変形用部材7が設けられた面と同一の面に搭載される部品と同等もしくはそれ以下であることが望ましい。
It is also possible to increase the stress for correcting the
局所変形用部材7の平面形状および配置は、前述した各実施形態では半導体チップ1を全周にわたって取り囲んだ例を示したが、基盤2のチップ搭載領域に生じた反りを矯正して外部接続領域の平坦性を確保できる形状および配置であれば、その他にも種々の例が考えられる。
As for the planar shape and arrangement of the
例えば、図13に示す半導体パッケージは、基板2の、半導体チップ1が搭載されたチップ搭載領域と、その外側の外部接続端子3が設けられた外部接続領域との間に位置する4つの局所変形用部材7を有する。局所変形用部材7はL字形状を有し、基板2に搭載された半導体チップ1の四隅部に配置されている。
For example, the semiconductor package shown in FIG. 13 has four local deformations located on the
図14に示す半導体パッケージも、図13と同様、基板2の、半導体チップ1が搭載されたチップ搭載領域と、外部接続端子3が設けられた外部接続領域との間に位置する4つの局所変形用部材7を有する。ただし図14に示す例では、局所変形用部材7は、直線状であり、半導体チップ1の4つの側面に沿って配置されている。
Similarly to FIG. 13, the semiconductor package shown in FIG. 14 also has four local deformations located on the
図13および図14に示す例は、別の言い方をすれば、局所変形用部材7は、基板2のチップ搭載領域と外部接続領域との間の部分に、半導体チップ1の外周に沿って複数に分割して設けられていると言うことができる。局所変形用部材7の分割数および分割位置は任意である。
In other words, the example shown in FIGS. 13 and 14 includes a plurality of
図15に示す半導体パッケージでは、4つの局所変形部材7が、チップ搭載領域の外側に位置する外部接続領域において、基板2の対角線上、あるいは別の言い方をすれば、放射状に配置されている。
In the semiconductor package shown in FIG. 15, the four
図13〜図15のいずれの例においても、半導体チップ1と外部接続端子3とは基板2の同一の面に設けられていてもよいし、互いに反対の面に設けられてもよい。局所変形用部材7についても、基板2のチップ搭載面側に設けられてもよいしチップ非搭載面側に設けられてもよい。ただし、局所変形用部材7については、チップ搭載面側に設けた場合は熱膨張係数が基板2の熱膨張係数よりも大きい材料を用い、チップ非搭載面側に設けた場合は熱膨張係数が基板2の熱膨張係数よりも小さい材料を用いる。
13 to 15, the
また、上述した各実施形態では、半導体パッケージと他の基板とを接続する外部接続端子3として、はんだボールを用いたが、他の接続方法を用いた場合においても、特に基板2の反りが問題になる場合には、本発明は有効である。
Further, in each of the embodiments described above, solder balls are used as the
さらに、本発明の半導体パッケージにおいては、基板2の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する局所変形用部材7によって、半導体チップ1が搭載された基板2が加熱されたときに生じる反りを矯正している。この、局所変形用部材7を用いて反りを矯正する方法は、搭載されるものと基板との熱膨張係数の差に起因して反りが発生する基板において、その反りを矯正するために、上述した各実施形態以外にも広く適用できることは明らかである。
Furthermore, in the semiconductor package of the present invention, the warpage caused when the
このように、本発明を適用することにより、小型かつ薄型の半導体パッケージが実現できる。この半導体パッケージを搭載した基板を有する電子機器は、小型化および薄型化が図られるとともに、半導体パッケージと基板との電気的接続も高い歩留まりで行うことができ、低価格で魅力のある製品提供が可能となる。 Thus, by applying the present invention, a small and thin semiconductor package can be realized. Electronic devices having a substrate on which the semiconductor package is mounted can be reduced in size and thickness, and the electrical connection between the semiconductor package and the substrate can be performed at a high yield, and an attractive product can be provided at a low price. It becomes possible.
本発明を適用した半導体パッケージは、特に、複数の半導体チップを混載して1パッケージ化したシステムインパッケージ(SiP)等に好適に用いることができる。その一例の断面図を図16に示す。図16に示すシステムインパッケージは、半導体チップ1、基板2、外部端子3、アンダーフィル樹脂4、および局所変形用部材7を有する本発明の半導体パッケージに、他の半導体パッケージ6が搭載されて構成されている。このようなシステムインパッケージは、本発明の半導体パッケージによる、デッドスペースを小さくしつつも基板2の反りが矯正されているという特徴があって初めて実現される。このように、本発明は、特にデバイスの種類によらず全ての半導体パッケージ、例えばCPU、ロジック、メモリなどの半導体チップを搭載する半導体パッケージへの適用が可能である。個々の半導体チップを本発明の構造で構成した半導体パッケージに搭載することにより、前述したとおり、従来の半導体パッケージに比べて小型、薄型、高密度、高信頼性、かつ低コストの半導体パッケージを実現できる。これら本発明の半導体パッケージを電子機器へ適用することによって、特に小型・薄型化が要求される携帯電話、デジタルスチルカメラ、PDA(Personal Digital Assistant)、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯機器の更なる小型・薄型化が可能となり、製品の付加価値を高めることができる。
The semiconductor package to which the present invention is applied can be suitably used particularly for a system-in-package (SiP) in which a plurality of semiconductor chips are mixed and packaged into one package. A cross-sectional view of an example thereof is shown in FIG. The system-in-package shown in FIG. 16 is configured by mounting another
以下に、本発明の半導体パッケージの具体的な実施例を示す。 Specific examples of the semiconductor package of the present invention are shown below.
この実施例では、図6A〜図6Cに示す構造の半導体パッケージを作製した。基板2としては、平面サイズが14mm×14mm、厚さが0.5mmの、ガラスクロス基材をベースとした4層ビルドアップ基板であるFR−4を用いた。基板2に搭載した半導体チップ1は、平面サイズが7mm×7mm、厚さが0.1mmであった。局所変形用部材7としては、図3に示した温度−弾性率特性(230℃で1.2GPaの弾性率を有する)を有する熱硬化性アミン系エポキシ樹脂を用い、基板2に形成した溝に、液状の状態で充填し、それを硬化させることによって形成した。またこの樹脂は、ガラス転移点Tg以上での熱膨張係数が150ppm/℃である。外部接続端子7としてSn−3.5Ag−0.5Cu合金製のはんだボールを用いた。
In this example, a semiconductor package having the structure shown in FIGS. 6A to 6C was manufactured. As the
作製した半導体パッケージを、250℃ではんだリフローを行って他の基板に搭載した。その結果、半導体パッケージと他の基板との接続部の歩留まりは100%であった。 The manufactured semiconductor package was solder reflowed at 250 ° C. and mounted on another substrate. As a result, the yield of the connection portion between the semiconductor package and another substrate was 100%.
比較のため、局所変形用部材を設けないこと以外は上記と全く同様の半導体パッケージを作製し、やはり上記と同じ条件で他の基板に搭載した結果、接続部の歩留まりは23%であった。これにより、本発明の有効性が確認できた。 For comparison, a semiconductor package exactly the same as described above was prepared except that the member for local deformation was not provided, and was mounted on another substrate under the same conditions as described above. As a result, the yield of the connection portion was 23%. Thereby, the effectiveness of the present invention was confirmed.
1 半導体チップ
2 基板
3 外部接続端子
4 アンダーフィル樹脂
7 局所変形用部材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
半導体チップが搭載されるチップ搭載領域と、
前記チップ搭載領域よりも外側の部分に位置し、外部との電気的接続用の端子が設けられた外部接続領域と、
前記チップ搭載領域よりも外側の部分に前記基板と一体的に設けられた、前記チップ搭載領域に前記半導体チップが搭載された状態で前記基板が加熱されたときに前記チップ搭載領域に生じる反りの方向と逆向きに前記基板を局所的に変形させるように、熱膨張係数が前記基板の熱膨張係数と異なる局所変形用部材と、
を有し、
前記局所変形用部材は、前記チップ搭載領域と前記外部接続領域との間の部分に、前記チップ搭載領域の外周部分を全周にわたって取り囲んで設けられている基板。 A substrate on which a semiconductor chip is mounted,
A chip mounting area in which a semiconductor chip is mounted;
An external connection region located outside the chip mounting region and provided with terminals for electrical connection with the outside;
The warpage generated in the chip mounting area when the substrate is heated in a state where the semiconductor chip is mounted in the chip mounting area provided integrally with the substrate in a portion outside the chip mounting area. A member for local deformation having a thermal expansion coefficient different from that of the substrate so as to locally deform the substrate in a direction opposite to the direction;
Have
The local deformation member is provided on a portion between the chip mounting region and the external connection region so as to surround the outer peripheral portion of the chip mounting region over the entire circumference.
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