JPH09260425A - 半導体パッケージ - Google Patents

半導体パッケージ

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JPH09260425A
JPH09260425A JP7259596A JP7259596A JPH09260425A JP H09260425 A JPH09260425 A JP H09260425A JP 7259596 A JP7259596 A JP 7259596A JP 7259596 A JP7259596 A JP 7259596A JP H09260425 A JPH09260425 A JP H09260425A
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JP
Japan
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semiconductor
semiconductor chip
semiconductor package
chip
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JP7259596A
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Keiichi Yano
圭一 矢野
Hironori Asai
博紀 浅井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA

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  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッケージの小型化が可能で、プリンと基板
への接続にボンディングワイヤ形成の必要がなく、電気
特性・熱特性に優れ、かつ、信頼性の高く集積度の高い
多層の半導体パッケージを提供する。 【解決手段】 半導体チップ2が搭載されるパッケージ
基板1の同じ面に半導体チップのパッド9と対応したク
リップチップパッド4を有し、かつパッケージ基板1の
反対面にはプリント基板10への実装のためのランド6
が設けられており、上記クリップチップパッド4とはバ
イア8で接続されているチップと同等サイズのいわゆる
キャビティアップ構造のBGAパッケージにする。ま
た、該パッケージのプリント基板10への接続に半田ボ
ール5を使用した。さらに、セラミック材料として窒化
アルミニウムを使用した半導体パッケージである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップが搭
載されるパッケージ基板およびこれを用いた半導体パッ
ケージに関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、LSIはパソコン等のコンピュー
タ機器、電話機等の携帯用機器、プリンタ、コピー、テ
レビ、ビデオ等の電子機器間で多くの範囲で用いられて
いる。従って、半導体パッケージは、高集積化、高速
化、大消費電力化、大型チップ化等の傾向にあるLSI
に対応した性能が要求される。さらに、LSIの高速化
により半導体パッケージも高速信号を扱う必要があるた
めに高周波に対応できるような電気特性が要求される。
【0003】パッケージ方法の一つであるBGAパッケ
ージは、配線接続の入出力部分にバンプを使用する方法
である。BGAパッケージは、従来の他の方法に比較し
て短距離の接続に加えて、狭ピッチ、多ピン化が容易と
なり、さらにインダクタンスの増加を抑えることが可能
になり高速信号の反射、遅延等の改善を図ることが可能
になるなど、多くの利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、BGAパッケ
ージとしては、図2に示すようにキャビティダウン構造
が使用されている。プリント基板10の上面に接合板1
2に接合した半導体チップ2とパッケージ基板1が同一
面に搭載されている。半導体チップ2とパッケージ基板
1はボンディングワイヤ11により接続されている。配
線パターン13とプリント基板10は半田ボール5によ
り接続されている。半導体チップ2が搭載される面と同
じ側の面にプリント基板10への実装のためのランドを
設けた構造を有している。
【0005】集積化の面から見ると、この構造でもさら
にピン数が増えるとボンディングワイヤ11のためにパ
ッケージサイズが大きくなってしまい小型化要請に反す
る。また、電気特性の面から見ると、ボンディングワイ
ヤ11の総長が長くなることから配線抵抗・インダクタ
ンスが増大する等の問題が生ずる。一方、熱的な面から
見ると、この構造は半導体チップ2が接合板12により
上部が塞がれているために放熱が困難であり、またプリ
ント基板10への伝熱が接合板12−パッケージ基板1
−プリント基板10を経由するために熱抵抗が大きい等
の問題がある。
【0006】そこで、本発明は、上述の問題点に鑑み
て、BGA型の利点を生かしつつ更に半導体パッケージ
を小型化し、実装した場合の電気特性に優れ、かつ、放
熱性が高く半導体チップの温度上昇を抑えることができ
るパッケージ基板又はこれを用いた半導体パッケージを
提供することを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項1記載の発明は、基板の半導体チップが搭
載される面に、半導体チップのパッドと対応したバンプ
により接続するためのフリップチップパッドを有し、こ
れらのパッドを用いてバンプにより半導体チップを接続
してなることを特徴とする。
【0008】ここで、本発明の半導体パッケージは半導
体チップとパッケージ基板とはバンプ(突起電極)と呼
ばれる金属性の突起を用いて接続するが、半導体チップ
のパッドと対応したバンプ接続用のフリップチップパッ
ドが形成され、バイアにて下面のランドと接続される。
パッドとランドはバイアのみで接続されために配線部の
形成が不要である。従来のワイヤボンディング法では半
導体チップが搭載される領域の外側にボンディングパッ
ドを形成するための領域が必要になる。このために、バ
ンプを使用する本発明は、半導体パッケージの集積化・
高密度化を容易に図ることができる。
【0009】電気的特性の観点からは、ボンディングワ
イヤによる電気抵抗、インダクタンス、キャパシタンス
等が増加するために電力消費量が増加し、また、高周波
数の信号の場合信号の遅延による誤動作の原因となる。
この点バンプによる場合は電気抵抗の増加等を抑えるこ
とができるため誤動作の発生を抑えることができる。さ
らに、熱的な面から見ると、半導体チップで発生した熱
は、フリップチップからパッケージ、半田ボールを介し
てプリント基板へ放熱されるために、従来のキャビティ
ダウン構造のBGA型でのワイヤボンディング法による
熱伝達と比較すると熱抵抗が小さく放熱フィンを使用し
なくとも温度上昇を抑えることができる。
【0010】また、半導体チップとパッケージ基板の間
を封止する。封止材料により半導体チップを覆う必要が
ないために大気中に解放されているため、放熱が良好で
あり半導体の温度上昇を抑えることができる。半導体チ
ップ搭載後は、該チップを保護するため樹脂等により封
止される。封止材料は特に樹脂に限定するものではな
い。バンプは、電極間を接続するために用いる金属性の
突起であり、Au,Pb−Sn合金等から適宜選択する
ことができる。また、半導体チップは、MPU、メモリ
ー用LSI等適宜選択して使用することができる。
【0011】また、請求項2記載の発明は、半導体チッ
プを搭載する面と反対の面に、フリップチップパッドと
バイアにより接続されているプリント基板への実装のた
めのランドを有する構造のパッケージ基板である。本発
明のパッケージ基板はプリント基板に実装するためにバ
イアを設けた。このため、従来のPGA法のようなピン
が必要がない分だけ電気特性に優れ、また、スペースを
小さくすることができる。さらに、バイアは一般には、
Cu,Wを含むペーストにより充填されるために熱伝達
性も高いため半導体チップで発生した熱はプリント基板
に放熱し半導体チップの温度上昇が抑えることが可能に
なった。バイアは、Cu,Wペーストを用いて充填する
ことができる。
【0012】請求項3記載のパッケージ基板が窒化アル
ミニウムとしたBGA型半導体パッケージである。ここ
で、窒化アルミニウムは熱伝達係数が高く、かつ熱膨張
率が半導体チップに用いられるシリコンに近い性質を有
する。本発明の半導体パッケージは、高熱伝導性の窒化
アルミニウムを使用するために、半田ボール等を介して
プリント基板に放熱される熱量が増えて半導体チップの
温度上昇を抑えることができる。パッケージ基板の温度
の偏在することが少なく空気中への放熱が大くなり、放
熱フィンとしての機能を合わせて有する。熱伝導率は、
150 〜250 W/m・Kで、半導体チップに一般的に使用
されるアルミナ(Al2 3 )の約10倍である。ま
た、熱膨張係数は4.5 ×10-6/Kで、アルミナの6 〜7
×10-6/Kに対してシリコンに近い値を示すため、温度
の上昇による膨脹による差が小さくバンプの接続面のず
れが生じにくく破断することがない高信頼性を併せて得
ることができた。
【0013】請求項4記載の発明は、パッケージ基板が
半導体チップと同等の大きさであることを特徴とする半
導体パッケージである。これにより集積度の向上を図る
ことができる。パッケージ基板は半導体チップ固定のた
めに一般的に樹脂で封止される。樹脂の熱伝導率は10
−4オーダーで100倍もセラミックスより小さい。従
って、パッケージ基板が大きくとも半導体チップは樹脂
で覆われてしまうために空中に対する放熱が少ない。ま
た逆に、小さい場合は樹脂封止は樹脂の粘度が大きくな
いと流れ落ちてしまうために製造が困難であり、実用的
ではない。そこで、本発明の半導体パッケージはその利
点を最大に生かし、できるだけ小型化の要請のためには
半導体チップと同等の大きさにするのが良い。
【0014】請求項5記載のパッケージ基板の内部に電
源、接地線、信号等の配線を有する多層基板とした半導
体パッケージである。本発明の半導体パッケージは、窒
化アルミニウムの半導体パッケージ基板は他の酸化物と
同様に絶縁性が高いために多層にすることが可能であ
る。更に、熱伝導率が大きいためにパッケージ基板内で
熱が発生してもその層内、または配線内に止まること無
く伝達されるために局部的な熱による電気信号の障害の
発生の可能性は少ない。従って、窒素化アルミニウムを
使用するパッケージ基板を多層にすることにより集積度
が向上し、高密度の半導体パッケージを達成することが
できる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の半導体パッケージの一実
施例を、図1に基づいて具体的に説明する。半導体チッ
プ2はバンプ3を通じてパッケージ基板1のフリップチ
ップパッド4により接続されている。パッケージ基板1
内は、フリップチップパッド4に対応したバイア8が設
けられている。バイア8内はタングステンペースト等に
より充填されていて電気伝導性を有している。パッケー
ジ基板1には半田ボール5を接続するためのランド6が
設けられている。プリント基板9は半田ボール5によっ
て接続することによって、半導体チップ2と連続的に接
続することになる。バンプとしては、材質は高融点半
田、Au,In合金等を適宜選択して使用することがで
きる。半田ボールは、Pb−Sn,Pb−Sn−Ag合
金等を適宜使用することができる。
【0016】(実施例1)パッケージ基板に窒化アルミ
ニウム粉末により未焼成のシート(グリーンシート)を
作成して、不活性雰囲気中で1900℃で焼成した。大
きさは、15mm□で、厚さは0.6mmであった。ピ
ン数は676ピンである。同じ材料で作製した従来のB
GAキャビティダウン構造半導体パッケージと比較し
た。この場合、676ピンではパッケージサイズは45
mm□必要であり、本発明によれば、実装面積を従来の
約12%にすることができた。また本発明によれば、熱
抵抗を約20%低減することができた。また、繰り返し
使用の信頼性は約9倍に延ばすことができた。
【0017】
【発明の効果】以上のように、本発明のパッケージ基板
により集積度を上げ、高密度のパッケージ基板を得るこ
とができた。さらに、本発明のパッケージ基板により高
出力または高周波信号の半導体チップを用いた場合でも
半導体チップの温度上昇を抑えるとともに、誤動作の発
生を減少させ信頼性を向上することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図2】従来の半導体パッケージのBGA法のキャビテ
ィダウン構造の例を示す概略図である。
【符号の説明】
1 パッケージ基板 2 半導体チップ 3 バンプ 4 フリップチップパッド 5 半田ボール 6 ランド 7 封止樹脂 8 バイア 9 半導体チップパッド 10 プリント基板 11 ボンディングワイヤ 12 接合板 13 配線パターン

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の半導体チップを搭載する面に、半
    導体チップのパッドと対応しかつバンプにより接続する
    ためのフリップチップパッドを有し、該バンプにより半
    導体チップを接続してなることを特徴とする半導体パッ
    ケージ。
  2. 【請求項2】 半導体チップを搭載する面と反対の面に
    プリント基板への実装のためのランドを有し、該ランド
    と前記フリップチップパッドとはパッケージ基板を貫通
    するバイアにより接続されていることを特徴とする請求
    項1記載の半導体パッケージ。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載のパッケージ基板が
    窒化アルミニウムであることを特徴とする半導体パッケ
    ージ。
  4. 【請求項4】 パッケージ基板が半導体チップと同等の
    大きさであることを特徴とする請求項3記載の半導体パ
    ッケージ。
  5. 【請求項5】 パッケージ基板の内部に配線を形成し多
    層基板としたことを特徴とする請求項3又は4記載の半
    導体パッケージ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103839899A (zh) * 2012-11-20 2014-06-04 矽品精密工业股份有限公司 半导体封装件及其制法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103839899A (zh) * 2012-11-20 2014-06-04 矽品精密工业股份有限公司 半导体封装件及其制法
CN103839899B (zh) * 2012-11-20 2017-04-12 矽品精密工业股份有限公司 半导体封装件及其制法

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