JPH05175278A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH05175278A
JPH05175278A JP33825091A JP33825091A JPH05175278A JP H05175278 A JPH05175278 A JP H05175278A JP 33825091 A JP33825091 A JP 33825091A JP 33825091 A JP33825091 A JP 33825091A JP H05175278 A JPH05175278 A JP H05175278A
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JP
Japan
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semiconductor chip
circuit board
chip
semiconductor device
substrate
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Pending
Application number
JP33825091A
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English (en)
Inventor
Takeshi Kondo
雄 近藤
Masayuki Saito
雅之 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP33825091A priority Critical patent/JPH05175278A/ja
Publication of JPH05175278A publication Critical patent/JPH05175278A/ja
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/1515Shape
    • H01L2924/15151Shape the die mounting substrate comprising an aperture, e.g. for underfilling, outgassing, window type wire connections

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  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体チップと回路基板との熱膨脹率の差に
起因する接続部の破壊を防止することができ、熱ストレ
スに強いフェースダウン実装された半導体装置を提供す
ること。 【構成】 主面に配線が設けられたガラスエポキシ等の
配線基板11と、この配線基板11の主面に半田バンプ
13を介してフェースダウンで接続された半導体チップ
12とを備えた半導体装置において、バンプ接続部分の
内側の中心付近において配線基板11に貫通孔11aを
形成し、且つ半導体チップ12をシリコーン系の樹脂1
4により封止したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板と半導体チップと
がフェースダウン、特にフリップチップ方式で接続され
た半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体集積回路技術の発達によ
り、電子機器の小型化,薄型化,高性能化が進んでい
る。これに伴い、回路基板上に半導体チップを高密度に
実装する方法が必要となってきている。このような要求
を満たす実装方法として、フリップチップ方式,ビーム
リード方式,テープキャリア方式等が注目されている。
これらの中で、フリップチップ方式は他の方式のものよ
り小型化,薄型化に適しているので、特に期待されてい
る。
【0003】図6は、フリップチップ方式で実装された
従来の半導体装置の概略構成を示す断面図である。この
装置では、半導体チップ2のパッド上(図示せず)にバ
ンプ3と呼ばれる半田やニッケル等の金属からなる突起
状の電極を形成し、バンプ3と回路基板1の電極接続部
との位置を合わせてマウントした後、半導体チップ2と
回路基板1をリフロー接続するのが一般的である。そし
て最後に、半導体チップ2と回路基板1との熱膨張率の
違いから生じる応力がバンプ3に集中するのを防止する
ために、半導体チップ2と回路基板1との隙間に樹脂4
が含浸されるように、半導体チップ2を樹脂4で覆う。
【0004】しかしながら、この種の装置にあっては次
のような問題があった。即ち、半導体チップ2と回路基
板1との熱膨張率の差が大きいと、上記の方法だけでバ
ンプ3に応力が集中するのを防ぐのは難しく、バンプの
破壊による不良が発生する。このため、半導体チップ2
と熱膨張率の差が比較的小さい回路基板1を選んで使用
している例が多く、ガラスエポキシ等の低コストで一般
的な回路基板は使用できないのが現状である。
【0005】また、今後は半導体チップ2は益々大面積
化,微細配線化するものと予想される。半導体チップ2
が大面積化すれば、熱膨脹率の差によって半導体チップ
2と回路基板1との間に生じる歪みは大きくなり、微細
配線化が進めば、応力に耐え得るだけの体積を持ったバ
ンプ3を作ることは困難になる。以上のような理由か
ら、今後は樹脂4だけで半導体チップ2と回路基板1と
の熱膨張率の差から生じる不良を抑えることは益々困難
になることが予想される。
【0006】ここで、半導体チップ2と回路基板1との
熱膨張率の差による応力発生のメカニズムを説明してお
く。図7に、半導体チップ接続前の回路基板1の平面図
を示す。図中の点線で囲まれた部分が、回路基板1にお
ける半導体チップ2の接続部である。この回路基板1の
温度が上昇すると、熱膨張によって歪みが生じる。中心
線を基準として一軸方向だけの歪みの方向と大きさを表
わすと、図7の矢印のようになる。
【0007】図8は、半導体チップ2を接続した回路基
板1の平面図である。温度が上昇すると、熱膨張によっ
て半導体チップ2と回路基板1の双方とも歪もうとする
が、一般に半導体チップ2の方が回路基板1よりも熱膨
張率が小さいため、結果として全体の歪みはこれに拘束
され図8に示す矢印のようになる。そして、この歪みが
抑えられたことによって半導体チップ2の接続部、即ち
バンプ3に応力が生じる。
【0008】同様に、図6に示した矢印もバンプ接続部
分の歪みを表わしている。歪みは図に示したように半導
体チップ2の中心から外側に向かって起こるが、半導体
チップ2がこれを拘束しているため応力が生じる。従っ
て、バンプ接続部分が半導体チップ面に一様に分布して
いる場合には、中心から距離の離れたバンプほど大きな
応力が掛り、バンプが破壊して不良が発生しやすい。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のフ
ェースダウン実装された半導体装置においては、半導体
チップと回路基板との熱膨張率の差によって、これらの
接続部分(一般にはバンプ部分)に応力が発生し、この
応力によって接続不良が起こるという問題点があった。
【0010】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、半導体チップと回路基
板との熱膨脹率の差に起因する接続部の破壊を防止する
ことができ、熱ストレスに強いフェースダウン実装され
た半導体装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、回路基
板の構造を工夫することにより、半導体チップと回路基
板との接続部に加わる応力を低減することにある。
【0012】即ち本発明は、主面に配線が設けられた基
板と、この基板の主面にフェースダウンで接続された半
導体チップとを備えた半導体装置において、基板の厚み
を、半導体チップの搭載部分で他の部分よりも薄くした
ことを特徴とする。
【0013】また、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 基板と半導体チップとをバンプにより接続し、バン
プ接続部以外の部分において基板に貫通孔を形成するこ
と。 (2) 基板と半導体チップとをバンプにより接続し、バン
プ接続部分の内側の中心付近において基板に貫通孔を形
成すること。 (3) 基板と半導体チップとをバンプにより接続し、バン
プ接続部分の内側において基板の裏面(チップ搭載面と
反対側の面)に凹部を形成すること。
【0014】
【作用】本発明の半導体装置では、回路基板の半導体チ
ップ搭載部分に貫通孔や凹部を設けて該部分の基板厚み
を他の部分よりも薄くしているので、チップ搭載部分で
は歪みが小さくなり、また歪もうとする力も弱くなる。
このため、半導体チップを接続することによって容易に
その歪みは拘束され、バンプ等の接続部分に大きな内部
応力が蓄積することもない。従って、温度上昇による信
頼性の低下を未然に防止できる。
【0015】また、回路基板のチップ搭載部分に貫通孔
を形成した場合、封止樹脂を基板の裏面から含浸させる
ことができるため、半導体チップと回路基板との隙間に
泡が発生することを妨げるほか、作業性の改善にもつな
がる。
【0016】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
【0017】図1は、本発明の第1の実施例に係わるフ
ェースダウン実装された半導体装置の概略構成を示す断
面図である。図中11は主面に配線(図示せず)を形成
した回路基板であり、この基板11には半田バンプ13
を介して半導体チップ12がフリップチップ接続されて
いる。そして、半導体チップ12と回路基板11との隙
間及び半導体チップ12の裏面はシリコーン系の樹脂1
4により封止されている。
【0018】ここまでの基本構成は従来装置と同様であ
るが、本実施例ではこれに加え、回路基板11のチップ
搭載部分に貫通孔11aを形成している。具体的には、
回路基板11は厚さ1.1mmのガラスエポキシ製で、
半導体チップ12の搭載部分には直径が約5mmφの貫
通孔11aが設けられている。ここで用いた半導体チッ
プ12は、8mm角の大きさで周囲にバンプ接続部を有
している。そして、回路基板11上の貫通孔11aはバ
ンプ接続部を避けて、その内側に設けられている。
【0019】図2は、半導体チップ接続前の回路基板1
1の状態を示す平面図である。この回路基板11の温度
が上昇すると、熱膨張によって歪みが生じる。図7と同
様に中心線を基準として一軸方向だけの歪みの方向と大
きさを表わすと、歪みは矢印のようになる。即ち、貫通
孔11a内では温度上昇によって膨脹するものが無いた
め、その付近では回路基板11を押し広げるだけの力が
発生せず、歪みは他の部分よりも小さくなる。
【0020】図3は、半導体チップ接続後の回路基板1
1の状態を示す平面図である。この回路基板11の温度
が上昇すると、熱膨脹によって回路基板11は膨脹しよ
うとするが、より熱膨脹率の小さい半導体チップ12に
よって拘束される。従って、基板11の歪みは図3の矢
印のようになり、チップ付近では殆ど歪みが起こらな
い。しかし、もともと貫通孔11aの作用によって回路
基板11の歪もうとする量も力も小さいため、半導体チ
ップ12の接続部であるバンプ13に掛かる応力は小さ
くなり、これによりバンプ13の破壊が無くなって不良
の発生を抑えることができる。
【0021】また、半導体チップ12を回路基板11に
接続した後、封止用樹脂14を充填するが、図1に示す
ように貫通孔11aの半導体チップ12と反対側の開口
から充填することによって、半導体チップ12と回路基
板11との隙間に気泡を残こすこともなく、良好な樹脂
充填が容易に可能となる(図2と図3には樹脂を図示せ
ず)。
【0022】このように本実施例によれば、回路基板1
1のチップ接続部分において、バンプ13の内側の中心
付近に貫通孔11aを設けることにより、半導体チップ
12と配線基板11との熱膨脹差に起因してバンプ13
に加わる応力を低減することができ、バンプ13の破壊
を未然に防止することが可能となる。しかも、回路基板
11の裏面から封止樹脂14を充填することにより、気
泡の発生も未然に防止することができる。従って、熱ス
トレスに強い信頼性の高い半導体装置を実現することが
可能となる。また、半導体チップ12と回路基板11と
の熱膨脹率差をさほど考慮する必要がなくなることか
ら、回路基板11としてガラスエポシキ等の低コストで
一般的な基板を使用できるので、製造コストの低減をは
かり得る利点もある。
【0023】図4は、本発明の第2の実施例に係わるフ
ェースダウン実装された半導体装置の概略構成を示す断
面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付し
て、その詳しい説明は省略する。
【0024】この実施例では、回路基板11の半導体チ
ップ搭載部分に貫通孔11aを設ける代わりに、凹部1
1bを設けている。即ち、回路基板11のチップ搭載面
と反対側の面に凹部11bを設け、回路基板11の厚さ
が1.1mmであるのに対して半導体チップ搭載部分の
厚さを約0.4mmとしている。貫通孔の場合に比較す
ると効果はやや小さくなるが、半導体チップ搭載部分の
中心付近でガラスエポキシの体積が小さくなっている分
だけ熱膨張によって発生する力が小さくなり、バンプ1
3への応力集中を抑えられる。また、この実施例の場合
には回路基板11の半導体チップ側での配線が貫通孔の
場合に比べて容易である利点がある。なお、図4では凹
部を基板の裏面(チップ搭載面と反対側の面)に形成し
たが、基板の表面(チップ搭載面)に設けることもでき
る。
【0025】図5は、本発明の第3の実施例に係わるフ
ェースダウン実装された半導体装置の概略構成を示す断
面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付し
て、その詳しい説明は省略する。
【0026】これまでの実施例では1つの半導体チップ
12に対して1つの貫通孔11a若しくは1箇所の厚さ
の薄い部分(凹部)11bを用いてきたが、この実施例
では1つの半導体チップ12に対して複数の小さな貫通
孔11aを用いている。この方法は半導体チップ12の
バンプ接続部分がその周囲だけでなく、全面にあるよう
な場合に有効である。図では貫通孔11aの場合のみを
示したが、凹部11bが複数あるもの、また貫通孔11
aと凹部11bの両方が混在するものでも同様である。
【0027】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。例えば、基板材料はガ
ラスエポキシに限定されるものではなく、一般に配線基
板として用いられる各種の材料を用いることができる。
また、貫通孔や凹部の大きさ等は、仕様に応じて適宜定
めればよい。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、配
線基板の半導体チップとのフェース武運接続部分に貫通
孔や凹部を設けることにより、チップ周辺の基板の歪み
を抑えることができ、バンプ等の接続部への応力集中を
防ぎ、熱ストレス耐性を改善でき、信頼性の高い半導体
装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係わる半導体装置の概
略構成を示す断面図、
【図2】第1の実施例における配線基板のチップ接続前
の状態を示す平面図、
【図3】第1の実施例における配線基板のチップ接続後
の状態を示す平面図、
【図4】本発明の第2の実施例に係わる半導体装置の概
略構成を示す断面図、
【図5】本発明の第3の実施例に係わる半導体装置の概
略構成を示す断面図、
【図6】従来のフリップチップ実装された半導体装置の
概略構成を示す断面図、
【図7】従来装置における配線基板のチップ接続前の状
態を示す平面図、
【図8】従来装置における配線基板のチップ接続後の状
態を示す平面図。
【符号の説明】
11…配線基板、 11a…貫通孔、 11b…凹部、 12…半導体チップ、 13…半田バンプ、 14…封止樹脂。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主面に配線が設けられた基板と、この基板
    の主面にフェースダウンで接続された半導体チップとを
    具備した半導体装置において、 前記基板の厚みが半導体チップの搭載部分で他の部分よ
    りも薄くなっていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】前記基板と半導体チップとはバンプにより
    接続されており、バンプ接続部分の内側において基板に
    貫通孔又は凹部が形成されていることを特徴とする請求
    項1記載の半導体装置。
JP33825091A 1991-12-20 1991-12-20 半導体装置 Pending JPH05175278A (ja)

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JP33825091A JPH05175278A (ja) 1991-12-20 1991-12-20 半導体装置

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JP33825091A JPH05175278A (ja) 1991-12-20 1991-12-20 半導体装置

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JPH05175278A true JPH05175278A (ja) 1993-07-13

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JP (1) JPH05175278A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5773896A (en) * 1996-02-19 1998-06-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device having offsetchips

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5773896A (en) * 1996-02-19 1998-06-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device having offsetchips

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