JP5540711B2 - 電子装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置及びその製造方法に関する。

ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の半導体素子と、マザーボード等の配線基板とを、間にインターポーザ等の配線基板を設けて、電気的に接続する技術が知られている。半導体素子とインターポーザ等の配線基板、及びインターポーザ等の配線基板とマザーボード等の配線基板とは、例えば、はんだボール等のバンプを用いて、接続される。

また、インターポーザ等の配線基板に、その変形を抑えるために補強部材を設ける技術も知られている。

特開２００４−３５６１４２号公報 特開２００８−３０６０３２号公報

インターポーザ等の配線基板には、補強部材を設けてもその形態によっては、変形が生じてしまう場合があり、そのような配線基板の変形により、配線基板を含む電子装置の信頼性が損なわれてしまうことがある。また、用いる補強部材の形態によっては、配線基板を含む電子装置の構成が複雑になったり、大型化したりしてしまう場合もある。

本発明の一観点によれば、配線基板と、前記配線基板の上方に配置され、開口部を有し、前記開口部を囲むように、前記配線基板側と反対側に突出する突部が設けられた枠部材と、前記配線基板の上方の、前記開口部に配置された半導体素子と、前記枠部材及び前記半導体素子の上方に配置され、前記枠部材に第１接合部材を用いて接合され、前記半導体素子に第２接合部材を用いて接合された蓋部材と、を含み、前記枠部材は、前記枠部材の外縁部に前記突部を有し、前記蓋部材は、前記蓋部材の外縁部に、前記突部に対応する窪み部を有し、前記窪み部の側面が、前記第１接合部材を挟んで前記突部の内壁と対向している電子装置が提供される。

開示の電子装置によれば、配線基板の変形を効果的に抑制することが可能になる。それにより、信頼性の高い電子装置が実現可能になる。また、小型の電子装置が実現可能になる。

第１の実施の形態に係る実装構造の一例の断面模式図である。 第１の実施の形態に係る実装構造の一例の平面模式図である。 第１の実施の形態に係るスティフナの一例の斜視模式図である。 第１の実施の形態に係るリッドの一例の斜視模式図である。 第１の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。 電子装置の別例を示す図である。 放熱部材を備える電子装置の一例を示す図である。 放熱部材を備える電子装置の別例を示す図である。 スティフナ接合工程の一例を示す図である。 半導体チップ搭載工程の一例を示す図である。 リッド接合工程の一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る実装構造の一例の断面模式図である。 第２の実施の形態に係る実装構造の一例の平面模式図である。 第３の実施の形態に係る実装構造の一例の断面模式図である。

まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態に係る実装構造の一例の断面模式図、図２は第１の実施の形態に係る実装構造の一例の平面模式図である。尚、図１は図２のＸ−Ｘ断面を模式的に示す図である。

図１及び図２には、配線基板（パッケージ基板）１１、枠部材（スティフナ）１２、半導体素子（半導体チップ）１３、及び蓋部材（リッド）１４を含む実装構造（電子装置。便宜上、半導体装置と言う。）１０を例示している。

パッケージ基板１１には、半導体チップ１３の搭載面側に、半導体チップ１３とパッケージ基板１１とを電気的に接続するための、図示しない接続パターンが設けられ、半導体チップ１３の搭載面側と反対の面側には、半田ボール等のバンプ１１ｂが設けられている。パッケージ基板１１の、半導体チップ１３の搭載面側に設けられた接続パターンと、その反対面側に設けられたバンプ１１ｂとは、パッケージ基板１１の内部に設けられている、図示しない導電パターン（ビア、又はビアと配線）を介して、電気的に接続されている。

尚、パッケージ基板１１に設けられた、異なるパターン間は、絶縁層によって絶縁されている。絶縁層部分には、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の有機系材料を用いたもの、ガラス、セラミック、ガラスセラミック等の無機系材料を用いたもの、そのような有機系材料と無機系材料の双方を用いたもの等を適用することができる。例えば、パッケージ基板１１として、ガラス繊維入りのエポキシ樹脂を用いて形成されたものを用いることができる。また、パッケージ基板１１としては、比較的柔軟性を有する、所謂フレキシブル基板等を用いることもできる。

このようなパッケージ基板１１の上には、その端部に、ボンディングシート等の接合部材１５ａを介してスティフナ１２が接合されている。
図３は第１の実施の形態に係るスティフナの一例の斜視模式図である。

スティフナ１２には、図１〜図３に示したように、開口部１２ａを有する枠状のものを用いることができる。スティフナ１２には、パッケージ基板１１側と反対側に向かって平坦面１２ｃから突出する突部１２ｂが、開口部１２ａを囲むように、外側の周縁部に設けられている。突部１２ｂは、スティフナ１２の周縁部に設けられている。このように周縁部に突部１２ｂが設けられることで、スティフナ１２は、その断面が階段状になっている。

このような突部１２ｂを有するスティフナ１２は、例えば、枠状の平板の周縁部を、一方の面側に折り曲げて加工することで形成することができる。スティフナ１２には、一定の剛性を有する材料が用いられる。例えば、スティフナ１２には、銅等の金属材料が用いられる。スティフナ１２は、その周縁部に突部１２ｂが設けられていることで、このような突部を設けていないものに比べ、より剛性が高められている。また、突部１２ｂを設けることで、スティフナ１２の板厚が比較的薄くても、一定の剛性を確保することが可能になっている。

尚、スティフナ１２は、ここではパッケージ基板１１と同じ平面サイズ、即ち、パッケージ基板１１に接合したときに、スティフナ１２の、平面方向の最外縁の位置が、パッケージ基板１１の、平面方向の最外縁の位置に一致する場合を例示している。

このようなスティフナ１２を、図１及び図２に示したように、パッケージ基板１１の端部に接合することにより、パッケージ基板１１の機械的安定性を高めることが可能になる。例えば、半導体チップ１３を実装する際のパッケージ基板１１の取り扱いを容易にしたり、半導体チップ１３の実装時或いは実装後に加わる熱によるパッケージ基板１１の変形を抑制したりすることが可能になる。

尚、スティフナ１２は、パッケージ基板１１よりも小さな平面サイズ、即ち、パッケージ基板１１に接合したときに、スティフナ１２の、平面方向の最外縁の位置が、パッケージ基板１１の、平面方向の最外縁の位置より内側になるようにすることもできる。そのような場合にも、パッケージ基板１１に、このような突部１２ｂを設けたスティフナ１２を接合することにより、パッケージ基板１１の変形を抑制する等の効果を得ることが可能である。

パッケージ基板１１上の、スティフナ１２の開口部１２ａ内の領域には、図１及び図２に示したように、半導体チップ１３が搭載されている。半導体チップ１３には、図１に示したように、パッケージ基板１１と対向する面側に、半田等のバンプ１３ａが設けられている。半導体チップ１３は、パッケージ基板１１に設けられている、図示しない接続パターンに、バンプ１３ａを介してフリップチップ接続されることにより、パッケージ基板１１に搭載される。尚、ここでは図示を省略するが、フリップチップ接続されたパッケージ基板１１と半導体チップ１３との間には、充填樹脂（アンダーフィル材）を設け、それらの接続を補強するようにしてもよい。

スティフナ１２、及びパッケージ基板１１に搭載された半導体チップ１３の上には、図１に示したように、それぞれ接合部材１５ｂ，１６を介して、リッド１４が接合されている。

リッド１４には、例えば、一定の剛性を有し、パッケージ基板１１全体を覆うような平面サイズのものを用いることができる。ここでは、リッド１４が、スティフナ１２と同じ平面サイズ、即ち、スティフナ１２に接合したときに、リッド１４の、平面方向の最外縁の位置が、スティフナ１２の、平面方向の最外縁の位置に一致するような平面サイズとされている。

リッド１４を放熱部材（又はその一部）として利用する場合、リッド１４には、熱伝導性の良い材料を用いることが好ましい。例えば、リッド１４には、金属材料を用いることができる。リッド１４に用いる金属材料としては、例えば、銅、銅を含む金属、アルミニウム、アルミニウムを含む金属を挙げることができる。

また、上記のようにリッド１４を、パッケージ基板１１全体を覆うような平面サイズとした場合には、リッド１４の上に更にヒートシンク等の放熱部材を取り付けたときに、それとの接触面積を大きく取ることが可能になる。或いはリッド１４を、パッケージ基板１１全体を覆うような平面サイズとすることで、品名表示のための領域を確保することも可能になる。

図４は第１の実施の形態に係るリッドの一例の斜視模式図である。
リッド１４には、図１及び図４に示すように、スティフナ１２の突部１２ｂに対応する周縁部に、突部１２ｂに対応する形状の窪み部１４ａが設けられている。リッド１４は、その窪み部１４ａとスティフナ１２の突部１２ｂとの位置を合わせて、接合部材１５ｂを介して、スティフナ１２に接合される。即ち、リッド１４の下面１４ｂの端部が、断面階段状のスティフナ１２の平坦面１２ｃに接合され、窪み部１４ａの表面が、そのスティフナ１２の突部１２ｂの表面に接合される。

尚、リッド１４とスティフナ１２とを接合する接合部材１５ｂには、ボンディングシート等を用いることができる。また、リッド１４と半導体チップ１３とを接合する接合部材１６には、接着力を有すると共に、熱伝導性の良いものを用いることが好ましい。例えば、接合部材１６には、熱伝導性の良いフィラーを含む樹脂を用いることができる。フィラーとしては、銀粒子等の金属フィラー、シリコン粒子等の非金属フィラー、銀等の金属をコーティングした粒子等を挙げることができる。接合部材１６は、ペースト状のものを塗布してその後固化することで形成したり、或いは予めシート状になっているものを貼付することで形成したりすることが可能である。また、接合部材１６には、フィラーを含む樹脂のほか、ろう材（半田を含む）を用いることもできる。

以上説明したような半導体装置１０は、更に別の配線基板（マザーボード）に実装される。実装後に得られる、半導体装置１０及びマザーボードを含む電子装置の一例を、次の図５に示す。

図５は第１の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。
上記のように、半導体装置１０に含まれるパッケージ基板１１の、半導体チップ１３側と反対の面側には、バンプ１１ｂが設けられている。この半導体装置１０を実装するマザーボード２０には、半導体装置１０のバンプ１１ｂと対応する位置に、図示しない接続パターンが設けられている。更に、このマザーボード２０には、パッケージ基板１１との間に設けるスタンドオフ３０の下部３１を埋め込むための凹部２１が設けられている。

半導体装置１０をマザーボード２０に実装する場合には、半導体装置１０とマザーボード２０との間に、スタンドオフ３０をその下部３１をマザーボード２０の凹部２１に埋め込んで配置する。それと共に、半導体装置１０のバンプ１１ｂを、マザーボード２０の接続パターンに位置合わせを行って対向させ、当接後、加熱によりバンプ１１ｂを溶融する。その後、冷却してバンプ１１ｂを固化する。これにより、半導体装置１０とマザーボード２０とが、バンプ１１ｂを介して機械的、電気的に接続された、電子装置１を得ることができる。

ところで、上記のような半導体装置１０を得る際には、パッケージ基板１１への半導体チップ１３の実装時に、そのバンプ１３ａを溶融するため、パッケージ基板１１に熱が加わる。また、半導体装置１０をマザーボード２０に実装して電子装置１を得る際や、得られた電子装置１（後述のように放熱部材を設けた電子装置１ａ，１ｂも同様。）において内部の半導体チップ１３が動作する際にも、パッケージ基板１１には熱が加わる。即ち、パッケージ基板１１のバンプ１１ｂを溶融するための熱や、半導体チップ１３の動作に伴う発熱により、電子装置１内のパッケージ基板１１の温度が上昇する。

このようにパッケージ基板１１に熱が加わったときには、パッケージ基板１１自体の熱膨張係数に応じて、或いはパッケージ基板１１に接続されている他の部材との熱膨張係数差に起因して、パッケージ基板１１に応力が発生する。半導体装置１０及び電子装置１では、このような応力が発生する状況においても、突部１２ｂを設けたスティフナ１２を用いていることで、そのような応力によるパッケージ基板１１の変形が効果的に抑えられるようになっている。

ここで比較のため、電子装置の別例について説明する。
図６は電子装置の別例を示す図である。
図６に示す電子装置１０００では、パッケージ基板１１に、枠状で平板のスティフナ１２０が接合部材１５ａを介して接合され、そのスティフナ１２０の開口部１２０ａ内に半導体チップ１３がバンプ１３ａを介してフリップチップ接続されている。そして、スティフナ１２０及び半導体チップ１３に、それぞれ接合部材１５ｂ，１６を介して、平板のリッド１４０が接合されて、半導体装置１００が形成されている。このような半導体装置１００が、パッケージ基板１１に設けられたバンプ１１ｂを介してマザーボード２０に実装され、電子装置１０００が形成されている。パッケージ基板１１とマザーボード２０の間には、スタンドオフ３０が設けられている。

半導体装置１００の形成過程、及びそれを用いて形成される電子装置１０００の動作時には、パッケージ基板１１に熱が加わる。パッケージ基板１１には、そのような熱に起因して応力が発生する。上記のように枠状で平板のスティフナ１２０を用いている場合には、このようなパッケージ基板１１に発生する応力に対し、スティフナ１２０の剛性が足りず、パッケージ基板１１に反り等の変形が生じてしまうことがある。このようなパッケージ基板１１の変形は、バンプ１３ａ，１１ｂを介した接続部を破断させ、パッケージ基板１１と半導体チップ１３との接続信頼性、半導体装置１００とマザーボード２０との接続信頼性を低下させる一因となり得る。また、パッケージ基板１１の変形により、例えばリッド１４０とスティフナ１２０との接合部に剥離が生じる等、部材間の接合部における剥離現象が起こることもある。

近年では、パッケージ基板１１の薄型化、パッケージ基板１１と半導体チップ１３との接続部の狭ピッチ化、半導体チップ１３の大サイズ化等に伴い、上記のようなパッケージ基板１１の変形が一層起こり易い状況になっている。また、半導体チップ１３とパッケージ基板１１との接続部や、パッケージ基板１１とマザーボード２０との接続部に、鉛フリー半田を用いた場合には、実装温度が高くなることで、上記のようなパッケージ基板１１の変形が、より起こり易くなる。

尚、パッケージ基板１１の変形は、厚くて剛性の高いスティフナ１２０を用いれば、抑制することも可能である。しかし、スティフナ１２０を厚くすることは、半導体装置１００及び電子装置１０００の厚みの増加（大型化）につながり、例えば、半導体装置１００や電子装置１０００を用いる電子機器の大型化を招く恐れもある。

上記のような半導体装置１００及び電子装置１０００に対し、図１及び図２に示したような半導体装置１０、及び図５に示したような電子装置１では、上記のようなパッケージ基板１１の変形を効果的に抑制することが可能になる。また、半導体装置１０及び電子装置１では、小型化、低コスト化を図ることも可能になる。

図１及び図２に示した半導体装置１０において、スティフナ１２には、その周縁部に突部１２ｂを設けることで、板厚が比較的薄くても、高い剛性を持たせることができる。そのため、同等の板厚の平板のスティフナ１２０を用いた場合に比べて、スティフナ１２を接合したパッケージ基板１１への半導体チップ１３の実装時或いは実装後にパッケージ基板１１に熱が加わったときにも、その変形を効果的に抑制することができる。

また、この半導体装置１０では、スティフナ１２とリッド１４との接合信頼性を高めることが可能になっている。即ち、このように突部１２ｂを設けたスティフナ１２と、それに対応する窪み部１４ａを有するリッド１４とを接合するため、平板のスティフナ１２０とリッド１４０とを接合する場合に比べて、接合面積が増加する。

更に言えば、半導体装置１０では、スティフナ１２の突部１２ｂの内壁１２ｂａと、それに対向するリッド１４の窪み部１４ａの側面１４ｃ（リッド１４全体の側面の一部）とが接合される。即ち、スティフナ１２とリッド１４は、平坦面１２ｃと下面１４ｂの間における平面方向の接合に加え、その平面方向と交差する方向の内壁１２ｂａと側面１４ｃの間においても接合される。スティフナ１２とリッド１４をこのように接合することで、パッケージ基板１１をその平面方向に変形させようとする応力、及び平面方向と交差する方向に変形させようとする応力に対し、スティフナ１２とリッド１４との接合を、効果的に維持することができる。その結果、スティフナ１２とリッド１４とが、高い信頼性で接合されることになる。

上記のように、スティフナ１２には、突部１２ｂが設けられており、それ自体の剛性が高められている。そして、このようなスティフナ１２が、上記のようにリッド１４と高い信頼性で接合される。そのため、剛性の高いリッド１４を用いることにより、その剛性を活かして、パッケージ基板１１に半導体チップ１３を実装した後の半導体装置１０内或いは電子装置１内におけるパッケージ基板１１の変形を、一層効果的に抑制することが可能になる。

また、スティフナ１２とリッド１４とは、対応する突部１２ｂと窪み部１４ａとを嵌め合わせるようにして接合され、平板のスティフナ１２０とリッド１４０とを接合する場合と比べて、スティフナ１２とリッド１４の合計の厚みを増加させることを要しない。即ち、スティフナ１２に、その平坦部の板厚は変えずに、周縁部に突部１２ｂを設け、リッド１４には、その板厚は変えずに、周縁部に、スティフナ１２の突部１２ｂの高さに応じた深さの窪み部１４ａを設けるようにすればよい。それにより、半導体装置１０及び電子装置１の厚みの増加を抑え、且つ、パッケージ基板１１の変形の抑制、及びスティフナ１２とリッド１４との接合信頼性の向上を図ることが可能になる。

また、半導体装置１０では、スティフナ１２の平面サイズを、パッケージ基板１１の平面サイズと同じか、或いはパッケージ基板１１の平面サイズよりも小さくする。そして、そのようなスティフナ１２の上に、それと同等の平面サイズのリッド１４が接合される。そのため、マザーボード２０上で占める半導体装置１０の実装面積の増加を抑えることが可能になる。

また、上記のような突部１２ｂを設けたスティフナ１２を形成する場合、突部１２ｂは、平板の折り曲げ加工により形成することができる。リッド１４には、その突部１２ｂに応じた形状で、平板に窪み部１４ａを形成すればよい。従って、半導体装置１０及び電子装置１の形成に伴う部材の加工コストを抑えることができる。また、半導体装置１０及び電子装置１を構成する部品の増加も抑えることができる。

このように、上記の半導体装置１０及び電子装置１では、突部１２ｂによって剛性が高められ、更にリッド１４との接合信頼性を向上させることのできるスティフナ１２を用いる。そのため、パッケージ基板１１に熱が加わって応力が発生する場合にも、その応力によるパッケージ基板１１の変形を効果的に抑制することが可能になる。それにより、信頼性の高い半導体装置１０及び電子装置１が実現可能になる。また、信頼性の高い、小型の半導体装置１０及び電子装置１が実現可能になる。更にまた、そのような半導体装置１０及び電子装置１を低コストで実現することが可能になる。

尚、電子装置１には、半導体チップ１３で発生する熱を放熱するため、更に放熱部材を設けることができる。
図７は放熱部材を備える電子装置の一例を示す図である。

図７に示す電子装置１ａは、半導体装置１０のリッド１４の上面１４ｄに、接合部材４０を介して設けられたヒートシンク５０を備えている。ヒートシンク５０には、複数のフィン５１が設けられている。

半導体チップ１３で発生した熱は、リッド１４に伝熱された後、接合部材４０及びヒートシンク５０へと伝熱されて、ヒートシンク５０から電子装置１ａの外部へと放熱される（空冷）。尚、電子装置１ａにおける、半導体チップ１３で発生した熱の放熱経路は、これに限定されるものではない。

図８は放熱部材を備える電子装置の別例を示す図である。
図８に示す電子装置１ｂは、半導体装置１０のリッド１４の上面１４ｄに、接合部材４１を介して設けられたクーリングプレート６０を備えている。クーリングプレート６０には、その内部に管６１が設けられている。管６１には、冷却水が流通される。

半導体チップ１３で発生し、リッド１４に伝熱された熱は、接合部材４１を介してクーリングプレート６０と熱交換される（液冷）。尚、電子装置１ｂにおける、半導体チップ１３で発生した熱の放熱経路は、これに限定されるものではない。

続いて、上記のような半導体装置１０、及びそれを含む電子装置１の形成方法について説明する。
図９はスティフナ接合工程の一例を示す図である。

まず、パッケージ基板１１及びスティフナ１２を用意する。スティフナ１２には、用いるパッケージ基板１１の平面サイズと同じか、或いは小さい平面サイズのものを用いる。ここでは、パッケージ基板１１の平面サイズと同じ平面サイズのスティフナ１２を用いる場合を例示する。

スティフナ１２には、その周縁部に突部１２ｂを設けたものを用いる。このようなスティフナ１２は、例えば、平板を用意し、それに開口部と、その開口部を囲むように周縁部を一方の面側に折り曲げて加工することで形成することができる。即ち、折り曲げられた周縁部が突部１２ｂとなる。ここでは、このような折り曲げ加工によって突部１２ｂを形成したスティフナ１２の平面サイズが、用いるパッケージ基板１１の平面サイズと同じになるようにする。

スティフナ１２を用意した後は、パッケージ基板１１の周端部に接合部材１５ａを設け、その接合部材１５ａ上に、突部１２ｂを上方（パッケージ基板１１側と反対側）に向けて、スティフナ１２を配置し、パッケージ基板１１とスティフナ１２とを接合する。

尚、図示を省略するが、パッケージ基板１１には、その一方の面（スティフナ１２側の面）におけるスティフナ１２の開口部１２ａ内の領域に、半導体チップ１３を接続するための接続パターンが形成されている。また、パッケージ基板１１のもう一方の面には、マザーボード２０との接続に用いるバンプ１１ｂを設けるための接続パターンが形成されている。

図１０は半導体チップ搭載工程の一例を示す図である。
上記のようにしてスティフナ１２を接合したパッケージ基板１１における、スティフナ１２の開口部１２ａ内の領域に、半導体チップ１３を搭載する。半導体チップ１３には、バンプ１３ａが設けられている。半導体チップ１３は、バンプ１３ａを介してパッケージ基板１１にフリップチップ接続される。例えば、バンプ１３ａを半田で形成している場合には、バンプ１３ａをパッケージ基板１１の接続パターンに対向させ、溶融し、その後固化することで、半導体チップ１３とパッケージ基板１１とを接続する。

ここで、パッケージ基板１１の周端部には、上記のように突部１２ｂを設けたスティフナ１２を接合している。スティフナ１２は、突部１２ｂが設けられていることで、それ自体の剛性の向上が図られている。パッケージ基板１１には、このようなスティフナ１２が接合されているため、パッケージ基板１１の機械的安定性が高くなっている。そのため、スティフナ１２が接合されているパッケージ基板１１に対し、バンプ１３ａを介して半導体チップ１３をフリップチップ接続する際、そのパッケージ基板１１に熱が加わっても、その変形が効果的に抑制されるようになる。その結果、半導体チップ１３を精度良くパッケージ基板１１に接続することができる。

図１１はリッド接合工程の一例を示す図である。
半導体チップ１３の搭載後、スティフナ１２上に接合部材１５ｂを設け、半導体チップ１３上に接合部材１６を設けて、リッド１４を接合する。リッド１４には、予め、スティフナ１２に設けた突部１２ｂに対応する窪み部１４ａを設けておく。このようなリッド１４を、接合部材１５ｂ，１６上に、窪み部１４ａと突部１２ｂの位置を合わせて配置し、スティフナ１２及び半導体チップ１３と接合する。

このように、スティフナ１２とリッド１４は、突部１２ｂと窪み部１４ａを嵌め合わせるようにして配置され、間の接合部材１５ｂにより接合される。そのため、スティフナ１２とリッド１４では、平板のスティフナとリッドとを接合部材１５ｂで接合した場合に比べ、より大きな接合面積を確保することができ、より強固に接合されるようになる。

以上の方法により、半導体装置１０の基本構造が得られる。このような半導体装置１０の基本構造を得た後は、パッケージ基板１１の裏面に、マザーボード２０との接続用のバンプ１１ｂを設け（図１の半導体装置１０）、それをマザーボード２０に実装することで、図５に示したような電子装置１が得られる。また、その後、リッド１４上に、図７に示したようなヒートシンク５０を設けることで電子装置１ａを得ることができ、或いは図８に示したようなクーリングプレート６０を設けることで電子装置１ｂを得ることができる。

半導体装置１０のマザーボード２０への実装時や、得られた電子装置１の動作時に、パッケージ基板１１に熱が加わった場合にも、上記のスティフナ１２及びリッド１４により、パッケージ基板１１の変形が効果的に抑制されるようになる。また、このようにパッケージ基板１１の変形が抑制されることで、スティフナ１２とパッケージ基板１１及びリッド１４との接合部や、半導体チップ１３とリッド１４との接合部における剥離現象も効果的に抑制されるようになる。

続いて、半導体装置及びそれを含む電子装置の形成方法の一実施例について説明する。
ここでは一例として、平面サイズが４７．５ｍｍ×４７．５ｍｍサイズのパッケージ基板で、半導体チップの実装エリアが２０ｍｍ×２０ｍｍサイズであるパッケージ基板を用いる。このパッケージ基板には、１ｍｍ間隔で４００μｍサイズのＩ／Ｏパッドが設けられている。

また、スティフナとして、平坦部分の厚みが３００μｍ、開口部の内径が３５ｍｍ、全体の平面サイズがパッケージ基板と同じく４７．５ｍｍ×４７．５ｍｍサイズであり、その周縁部に所定の幅と高さの突部が設けられているものを用いる。スティフナの突部の幅は、例えば、３ｍｍ程度とすることができる。また、スティフナの突部の高さは、例えば、用いるリッドの厚みを超えない範囲で、且つ、リッドとの間に接合部材を設けることを考慮して、設定することができる。

また、スティフナに接合するリッドとして、スティフナの突部に対応する窪み部を設けたものを用いる。リッドには、厚みが１０ｍｍ、平面サイズがスティフナ及びパッケージ基板と同じく４７．５ｍｍ×４７．５ｍｍサイズであり、スティフナの突部に対応する位置に所定の幅と高さの窪み部が設けられている。尚、スティフナ及びリッドの加工精度、スティフナの突部とリッドの窪み部との間に接合部材を設けること等を考慮し、リッドの窪み部の幅と高さは、スティフナの突部の幅と高さよりも大きめに設定しておくことが好ましい。

まず、パッケージ基板の端部に、接合部材として厚さ２５μｍのボンディングシートを設ける。そして、その上に、突部を設けた銅製の枠状スティフナを、その突部を上にして配置し、パッケージ基板とスティフナとを接合する。

次いで、半導体チップを、パッケージ基板の実装エリアに対し、フリップチップ接続して搭載する。
次いで、スティフナ上に、接合部材として厚さ２５μｍのボンディングシートを設け、半導体チップ上に、接合部材としてインジウム銀（ＩｎＡｇ）製の接合用シートを設ける。そして、それらの上に、窪み部を設けた銅製のリッドを、その窪み部とスティフナの突部との位置を合わせて配置する。その後、２００℃で加熱し、リッドをスティフナ及び半導体チップの上に固定する。

そして、パッケージ基板にバンプを設けて得られる半導体装置（図１の半導体装置１０に相当）を、バンプを介してマザーボードに実装し、電子装置（図５の電子装置１に相当）を得る。

このようにして得られる電子装置について、−１０℃〜１００℃の範囲の昇降温を３００サイクル繰り返す熱サイクル試験を実施したところ、半導体チップとリッドとの接合部、スティフナとリッド及びパッケージ基板との接合部に、剥離は認められなかった。更に、この電子装置において、パッケージ基板の半導体チップ実装エリアの反り量を測定したところ、２４μｍであった。

また、平板のスティフナ及びリッドを用いた電子装置（図６の電子装置１０００に相当）を、この実施例と同様の条件で形成し、同じく−１０℃〜１００℃の範囲の昇降温を３００サイクル繰り返す熱サイクル試験を実施した。その結果、半導体チップとリッドとの接合部、スティフナとリッド及びパッケージ基板との接合部には、剥離が認められた。更に、この電子装置において、パッケージ基板の半導体チップ実装エリアの反り量を測定したところ、３０μｍであった。

突部を設けたスティフナと、それに対応する窪み部を設けたリッドとを用いた電子装置では、平板のスティフナ及びリッドを用いた電子装置に比べ、熱応力によるパッケージ基板の変形を効果的に抑制することができていると言える。

尚、以上の説明では、スティフナ１２の周縁部に突部１２ｂを設ける場合を例示したが、周縁部に限らず、パッケージ基板１１側と反対側に突出するように突部が設けられているスティフナであれば、上記同様、パッケージ基板１１の変形を抑制することが可能である。但し、そのスティフナ上にリッドを接合する場合、そのリッドにはスティフナに設けた突部に対応する窪み部を設ける。そのため、窪み部を設けるためのリッドの加工容易性、及びリッドとスティフナとの接合容易性の観点からは、スティフナの突部及びそれに対応するリッドの窪み部は、いずれもそれぞれの周縁部に設けることが好ましい。

次に、第２の実施の形態について説明する。
図１２は第２の実施の形態に係る実装構造の一例の断面模式図、図１３は第２の実施の形態に係る実装構造の一例の平面模式図である。尚、図１２は図１３のＹ−Ｙ断面を模式的に示す図である。

図１２及び図１３に示す実装構造（電子装置。便宜上、半導体装置と言う。）１０Ａは、スティフナ１２の突部１２ｂより内側に平板のリッド１４Ａが設けられている点で、上記第１の実施の形態に係る実装構造（半導体装置）１０と相違する。

この第２の実施の形態に係る半導体装置１０Ａでは、リッド１４Ａの平面サイズが、スティフナ１２の突部１２ｂの幅に応じた分だけ、上記半導体装置１０のリッド１４よりも小さくなる。そして、スティフナ１２の突部１２ｂの内壁１２ｂａと、リッド１４Ａの平面方向の最外縁である側面１４ｅの下部とが、接合部材１５ｂで接合され、スティフナ１２の平坦面１２ｃと、リッド１４Ａの下面１４ｂの端部とが、接合部材１５ｂで接合されている。

このように平板のリッド１４Ａを用い、その側面１４ｅの一部と下面１４ｂの一部とを、突部１２ｂを設けた断面階段状のスティフナ１２と接合することによっても、平板のスティフナとリッドとを接合した場合に比べ、接合信頼性を向上させることができる。即ち、パッケージ基板１１をその平面方向に変形させようとする応力、及び平面方向と交差する方向に変形させようとする応力に対し、スティフナ１２とリッド１４Ａとの接合を、効果的に維持することができる。

また、この半導体装置１０Ａでは、平板のリッド１４Ａを用いることができるため、上記のリッド１４のように、スティフナ１２の突部１２ｂに対応する窪み部１４ａを設けることが不要になる。更に、リッド１４Ａには、上記のリッド１４よりも、スティフナ１２の突部１２ｂの幅に応じた分だけ小さな平面サイズのものを用いることができる。そのため、半導体装置１０Ａ、及びそれをマザーボード２０に実装して得られる電子装置の、低コスト化を図ることが可能になる。

尚、この半導体装置１０Ａのマザーボード２０への実装は、上記の半導体装置１０の場合と同様にして行うことができる。また、そのようにして得られた電子装置に対しては、リッド１４Ａの上面１４ｄに、図７に示したように接合部材４０を介してヒートシンク５０を設けたり、図８に示したように接合部材４１を介してクーリングプレート６０を設けたりすることができる。

次に、第３の実施の形態について説明する。
図１４は第３の実施の形態に係る実装構造の一例の断面模式図である。
図１４に示す実装構造（電子装置。便宜上、半導体装置と言う。）１０Ｂは、リッド１４Ａの側面１４ｅが全体的に、スティフナ１２Ａの突部１２ｂで覆われている点で、上記第２の実施の形態に係る実装構造（半導体装置）１０Ａと相違する。

この第３の実施の形態に係る半導体装置１０Ｂでは、スティフナ１２Ａの突部１２ｂの高さを、リッド１４Ａの厚みに一致或いはほぼ一致させる。それにより、スティフナ１２Ａの突部１２ｂの内壁１２ｂａと、リッド１４Ａの側面１４ｅの全体或いはほぼ全体とが、接合部材１５ｂで接合され、スティフナ１２Ａの平坦面１２ｃと、リッド１４Ａの下面１４ｂの端部とが、同じく接合部材１５ｂで接合される。

尚、スティフナ１２Ａは、例えば、上記のスティフナ１２と同様に、平板の開口部形成及び折り曲げ加工によって形成することが可能である。
このようにリッド１４Ａの側面１４ｅを全体的に、スティフナ１２Ａの突部１２ｂの内壁１２ｂａと接合することにより、リッド１４Ａとスティフナ１２Ａとの接合信頼性を向上させることができる。

また、この半導体装置１０Ｂでは、スティフナ１２の突部１２ｂの幅に応じた分だけ小さな平面サイズの、平板のリッド１４Ａを用いることができる。そのため、半導体装置１０Ｂ、及びそれをマザーボード２０に実装して得られる電子装置の、低コスト化を図ることが可能になる。

尚、半導体装置１０Ｂのマザーボード２０への実装は、上記の半導体装置１０，１０Ａの場合と同様にして行うことができる。また、そのようにして得られた電子装置に対しては、リッド１４Ａの上面１４ｄに、図７に示したように接合部材４０を介してヒートシンク５０を設けたり、図８に示したように接合部材４１を介してクーリングプレート６０を設けたりすることができる。

尚、以上の説明では、半導体装置１０，１０Ａ，１０Ｂとマザーボード２０とを、バンプ１１ｂを用いて接続する場合を例示したが、導電性弾性体等のコラムを含むソケットを用いて接続することも可能である。その場合は、半導体装置１０，１０Ａ，１０Ｂを、ソケットを挟んでマザーボード２０に押圧するための機構を設けるようにすればよい。例えば、リッド１４，１４Ａに、それより大きな平面サイズの放熱部材を熱的に接続し、その放熱部材とマザーボード２０とを貫通するネジを、マザーボード２０背面に設けたボルスタプレートに螺合する等の機構を設けることができる。

以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 配線基板と、
前記配線基板の上方に配置され、開口部を有し、前記開口部を囲むように、前記配線基板側と反対側に突出する突部が設けられた枠部材と、
前記配線基板の上方の、前記開口部に配置された半導体素子と、
を含むことを特徴とする電子装置。

（付記２） 前記枠部材の上方に接合部材を介して配置された蓋部材を更に含み、
前記蓋部材の側面の少なくとも一部が、前記接合部材を挟んで前記突部の内壁と対向していることを特徴とする付記１に記載の電子装置。

（付記３） 前記蓋部材は、前記突部に対応する窪み部を有し、前記窪み部の側面が、前記接合部材を挟んで前記突部の内壁と対向していることを特徴とする付記２に記載の電子装置。

（付記４） 前記蓋部材の平面方向の最外縁は、前記突部の内壁より内側に位置し、前記蓋部材の平面方向の最外縁における側面の少なくとも一部が、前記接合部材を挟んで前記突部の内壁と対向していることを特徴とする付記２に記載の電子装置。

（付記５） 前記蓋部材の平面方向の最外縁における側面の下部が、前記接合部材を挟んで前記突部の内壁と対向していることを特徴とする付記４に記載の電子装置。
（付記６） 前記蓋部材の平面方向の最外縁における側面全体が、前記接合部材を挟んで前記突部の内壁と対向していることを特徴とする付記４に記載の電子装置。

（付記７） 前記枠部材の平面方向の最外縁は、前記配線基板の平面方向の最外縁に一致するか、又は前記配線基板の最外縁より内側に位置することを特徴とする付記１乃至６のいずれかに記載の電子装置。

（付記８） 前記突部は、前記枠部材の外側縁部に設けられていることを特徴とする付記１乃至７のいずれかに記載の電子装置。
（付記９） 配線基板の上方に、開口部を有し、前記開口部を囲むように、前記配線基板側と反対側に突出する突部が設けられた枠部材を配置する工程と、
前記配線基板の上方の、前記開口部に半導体素子を配置する工程と、
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。

（付記１０） 前記半導体素子の配置後に、前記枠部材の上方に接合部材を介して蓋部材を配置する工程を更に含み、
前記蓋部材を配置する際には、前記蓋部材の側面の少なくとも一部を、前記接合部材を挟んで前記突部の内壁と対向させることを特徴とする付記９に記載の電子装置の製造方法。

（付記１１） 前記枠部材の平面方向の最外縁は、前記配線基板の平面方向の最外縁に一致するか、又は前記配線基板の平面方向の最外縁より内側に位置することを特徴とする付記９又は１０に記載の電子装置の製造方法。

１，１ａ，１ｂ，１０００ 電子装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１００ 半導体装置
１１ パッケージ基板
１１ｂ，１３ａ バンプ
１２，１２Ａ，１２０ スティフナ
１２ａ，１２０ａ 開口部
１２ｂ 突部
１２ｂａ 内壁
１２ｃ 平坦面
１３ 半導体チップ
１４，１４Ａ，１４０ リッド
１４ａ 窪み部
１４ｂ 下面
１４ｃ，１４ｅ 側面
１４ｄ 上面
１５ａ，１５ｂ，１６，４０，４１ 接合部材
２０ マザーボード
２１ 凹部
３０ スタンドオフ
３１ 下部
５０ ヒートシンク
５１ フィン
６０ クーリングプレート
６１ 管

Claims (3)

1. 配線基板と、
   前記配線基板の上方に配置され、開口部を有し、前記開口部を囲むように、前記配線基板側と反対側に突出する突部が設けられた枠部材と、
   前記配線基板の上方の、前記開口部に配置された半導体素子と、
   前記枠部材及び前記半導体素子の上方に配置され、前記枠部材に第１接合部材を用いて接合され、前記半導体素子に第２接合部材を用いて接合された蓋部材と、
   を含み、
   前記枠部材は、前記枠部材の外縁部に前記突部を有し、
   前記蓋部材は、前記蓋部材の外縁部に、前記突部に対応する窪み部を有し、
   前記窪み部の側面が、前記第１接合部材を挟んで前記突部の内壁と対向していることを特徴とする電子装置。
2. 前記枠部材の平面方向の最外縁は、前記配線基板の平面方向の最外縁に一致するか、又は前記配線基板の最外縁より内側に位置することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 配線基板の上方に、開口部を有し、前記開口部を囲むように、前記配線基板側と反対側に突出する突部が設けられた枠部材を配置する工程と、
   前記配線基板の上方の前記開口部に半導体素子を配置する工程と、
   前記枠部材及び前記半導体素子の上方に蓋部材を配置する工程と、
   を含み、
   前記蓋部材を配置する工程では、前記蓋部材を、前記枠部材及び前記半導体素子にそれぞれ第１接合部材及び第２接合部材を用いて接合し、
   前記枠部材は、前記枠部材の外縁部に前記突部を有し、
   前記蓋部材は、前記蓋部材の外縁部に、前記突部に対応する窪み部を有し、
   前記窪み部の側面が、前記第１接合部材を挟んで前記突部の内壁と対向するように、前記蓋部材を前記枠部材に接合することを特徴とする電子装置の製造方法。
   

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