JPH11126835A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH11126835A
JPH11126835A JP9292941A JP29294197A JPH11126835A JP H11126835 A JPH11126835 A JP H11126835A JP 9292941 A JP9292941 A JP 9292941A JP 29294197 A JP29294197 A JP 29294197A JP H11126835 A JPH11126835 A JP H11126835A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体パッケージ内に進入した水分が加熱高
庄ガス化して半導体パッケージにクラックを発生させる
ことなく水分を半導体パッケージ外部へ排出して信頼性
の向上を実現する。 【解決手段】 絶縁性基板３上にハンダバンプ８が形成
された半導体素子４と補強リング２が搭載され、前記半
導体素子４と絶縁性基板３間には封入樹脂５を注入し、
かつ前記半導体素子４と前記補強リング２上部にキャッ
プ１が搭載される半導体装置において、前記補強リング
２、あるいは前記キャップ１と前記補強リング２との境
界、あるいは前記絶縁性基板３と前記補強リング２との
間に形成した通気孔１２によって、装置内外の通気性を
確保したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、突起電極を用いる構造の半導体素
子、例えばフリップチップ素子を実装した半導体装置に
おいては半導体パッケージ内に吸湿された水分を半導体
パッケージ外へ通気する方法として半導体パッケージの
キャップ上面に通気孔をもうけるものと絶緑性基板側に
通気孔をもうけるものがある。
【０００３】図６は、前記半導体パッケージの一例を示
す。図６中、符号１はキャップ、２は補強リング、３は
絶縁性基板、４は半導体素子、５は封入樹脂、６はＢＡ
Ｇハンダバンプ、７は接着剤、８はハンダバンプ、９は
スルーホールである。図６のように、従来の半導体パッ
ケージでは、絶縁性基板３上の半導体素子４が実装され
る以外の領域にスルーホール９を設け、スルーホール９
を通して吸湿した水分を外に排出するようにすることが
一般的である。半導体パッケージ内部の通気性を確保す
るためのもう一つの方法として、例えば、図７のように
半導体パッケージのキャップ１に通気孔１０を設けると
いうものがある。この場合は、絶縁性基板３にスルーホ
ール９を設ける必要性がないため半導体素子の多ピン化
に応じて絶縁性基板の配線密度を高くすることが可能で
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のはん
だ等接続材料を用いて半導体パッケージをプリント基板
等に搭載する場合、リフロー炉等で一旦、接続材料の融
点以上に加熱してを接続材料溶融させた後に冷却、固化
させて接続を完了するが、半導体パッケージに熱がかか
るため、半導体パッケージ内部に吸湿された水分の気化
や半導体パッケージ内の空洞部の空気の膨張により、半
導体パッケージ内部は急激に高庄化する。これによって
半導体パッケージ内部で応力が高まり半導体パッケージ
にクラックを発生させ、半導体パッケージの信頼性を低
下させる。このため、従来構成の半導体パッケージで
は、図６のスルーホール９や図７の通気孔１０によって
水分を逃がして、半導体パッケージに作用する応力の軽
減を図っているのである。
【０００５】しかしながら、図６の絶縁性基板３上の半
導体素子４の実装領域外にスルーホール９をあける場合
は、半導体素子４と絶縁性基板３とを接続するための電
極部または配線が半導体素子４の周囲および絶縁性基板
３に並んでおり、半導体素子４が多ピンになればなるほ
どスルーホール９をあける場所を確保することが難しく
なるといった問題があった。また、スルーホール９の径
を小さくする場合はコストが高くなるという欠点があ
る。また、絶縁性基板３の裏面には半導体パッケージを
実装するためのＢＧＡハンダボール６が搭載されている
ため、ＢＧＡハンダボール６間にスルーホール９が形成
されることになり、半導体パッケージをマザーボード等
のプリント基板に実装する際、フラックスおよびフラッ
クスの洗浄液等がスルーホール９内部に入り込み通気性
を悪化させるという欠点もある。以上のことより絶縁性
基板３側に通気のための穴をあけることは、徐々に困難
になりつつある。
【０００６】一方、図７のようにキャップ１上に通気孔
（貫通穴）１０を開ける方法も考えられるが、放熱性の
向上のためキャップ１上ヒートシンク等を搭載した場
合、通気孔１０が塞がれ通気性が確保できなくなるとい
う欠点がある。フリップチップパッケージの場合、半導
体素子の裏面とキャップ１とが接触して放熱している。
そのため、キャップ１面に通気孔（貫通穴）１０をあけ
ると（図８参照）、放熱部分の面積が小さくなり半導体
素子の放熱性が低下するという欠点も生じる。
【０００７】本発明の目的は半導体素子の多ピン化、お
よびそれに伴う絶縁性基板の配線密度の増大と発生する
熱の放熱性を妨げることなく、ガス化高圧化した水分を
半導体パッケージ外部に排気することにより、信頼性に
優れた半導体パッケージを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、絶縁性基板上に、突起電極が形成された半導体素子
と該半導体素子の周囲を囲繞するようにして配置される
補強リングとが搭載され、前記半導体素子と前記絶縁性
基板との間には樹脂を注入し、かつ前記半導体素子およ
び前記補強リングの上部にキャップが搭載される半導体
装置において、前記補強リング、あるいは前記キャップ
と前記補強リングとの境界、あるいは前記絶縁性基板と
前記補強リングとの間に形成した通気孔を、前記絶縁性
基板と前記半導体素子と前記補強リングとによって囲繞
された領域の内外に連通させて通気性を確保したことを
特徴とする半導体装置を前記課題の解決手段とした。
【０００９】前記通気孔としては、補強リングに穿設し
た小孔等も採用可能であるが、例えば、請求項２記載の
ように、前記キャップと前記補強リングとの境界に形成
した溝や、請求項３記載のように、前記補強リングと前
記絶縁性基板との境界に形成した溝等も採用可能であ
る。請求項２記載の構成の場合、溝は、キャップおよび
補強リングのいずれか一方あるいは両方に形成される。
請求項３の場合、溝は、補強リングおよび絶縁性基板の
いずれか一方あるいは両方に形成される。また、請求項
４記載のように、前記補強リングが複数のリング分割体
からなり、前記通気孔が前記リング分割体同士の間に確
保したクリアランスである構成も採用可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施形態の半
導体装置を説明する断面概略図である。なお、図中、図
６〜図８と同一の構成部分には同一の符号を付し、その
説明を簡略化する。本実施形態は、突起電極として例え
ば直径１５０μｍｎのハンダバンプ８を形成した半導体
素子４を絶縁性基板３に搭載して実装した後、封入樹脂
５として例えぱエポキシ樹脂をハンダバンプ８と絶縁性
基板３との間に注入し硬化させ、その後、例えば銅から
なる補強リング２を接着している。その後、絶縁性基板
３に例えば直径０．６ｍｍのハンダボール６を接続した
後、例えばエポキシ樹脂からなる接着材７を半導体素子
３の裏面上および補強リング２上部に塗布し、この上部
に例えば幅２ｍｍの溝１２を持つキャップ１（図２
（ａ）、（ｂ）参照）を取り付けて、半導体装置を形成
している。
【００１１】図２は本実施形態のキャップ１を示す図で
あって、（ａ）は裏面の平面図、（ｂ）は側面図であ
る。溝１２は、キャップ１の外周部の複数箇所に形成し
ている。なお、図２中符号４ａは、半導体素子４の中央
部に配置した素子本体を示す。図１において、キャップ
１を取り付ける際は接着材７で接着するが、通気孔とし
て設けた溝１２に接着材が進入したりしない様にキャッ
プ１を半導体素子４裏面および補強リング２上に取り付
ける。この半導体装置では、通気孔として設けた溝１２
によって、半導体装置内に進入した水分を十分に排気す
ることが可能である。
【００１２】図３は本発明の第２実施形態を説明する断
面概賂図である。第１実施形態と同様に半導体素子４を
絶縁性基板３に実装し、半導体素子４と絶縁性基板３の
間に封入樹脂５を注入した後、通気孔として溝１１を有
する補強リング２を取り付けている。この際、第１実施
形態のキャップ１の取り付けの際と同様に図４のような
補強リング２を接着材７によって溝１１が塞がれてしま
わないように取り付ける。この後、絶縁性基板３側にハ
ンダボール６を形成してキャップ１を取り付けて半導体
装置を形成している。この半導体装置では、溝１１から
水分を十分に排気できる。
【００１３】図５は本発明の第３実施形態にて採用され
る補強リング２０を示す平面図である。図５に示した補
強リング２０は複数のリング分割体２０ａからなり、こ
れらリング分割体２０ａを絶縁性基板３（図５中図示せ
ず）上にて、半導体素子４の周囲を囲繞するようにして
配列して組み立てられる。この補強リング２０を用いて
組み立てた半導体装置は、図１とほぼ同様の構成とな
る。この半導体装置では、図５に示すように、リング分
割体２０ａ、２０ａ間に通気孔として確保したクリアラ
ンス１３から水分を十分に排気できるようになってい
る。また、クリアランス１３は、別途加工して断面積を
調整することも可能である。なお、各リング分割体２０
ａは、銅等から構成している。
【００１４】いずれの実施形態の半導体装置において
も、通気孔は補強リングあるいはその近傍に開口してい
るため、放熱性のためヒートシンク等を設けた時であっ
ても通気孔の通気性を確保できる。しかも、半導体素子
４からの放熱経路であるキャップ１面および基板３に余
分な開口部がないため放熱面積が減少しないため放熱特
性も低下しない。本出願人等の検証によれば、図６に示
したように絶縁性基板３にスルーホール９を形成した従
来例や、図７に示すようにキャップ１に通気孔１０を設
けた従来例では、ヒートシンクを取り付けた時の半導体
パッケージのクラック発生率は４０％程度であったが、
これに対して各実施形態ではパッケージクラックは発生
していない。また、いずれの実施形態の通気孔も、半導
体素子４や絶縁性基板３の種類によらず適用可能である
ため、半導体素子や絶縁性基板が多ビン化した場合にも
広く適用できる。
【００１５】
【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、前記補強
リング、あるいは前記キャップと前記補強リングとの境
界、あるいは前記絶縁性基板と前記補強リングとの間に
形成した通気孔を、前記絶縁性基板と前記半導体素子と
前記補強リングとによって囲繞された領域の内外に連通
させて通気性を確保し、半導体パッケージ内に進入した
水分が加熱高圧ガス化した時に通気孔から排気すること
ができるので、クラックを発生等の不都合を防止でき、
信頼性が向上させることができる。また、本構造であれ
ば絶縁性基板の種類や半導体素子の大きさに関係なくよ
り多ピンの場合にも広く適用でき、放熱性を妨げること
もなく進入した水分を排出する効果が期侍できる。
【００１６】請求項２記載のように、前記通気孔が、前
記キャップと前記補強リングとの境界に形成した溝であ
る構成を採用すると、目的形状の通気孔を簡便に得るこ
とができ、低コスト化できる。請求項３記載のように、
前記通気孔が、前記補強リングと前記絶縁性基板との境
界に形成した溝である構成を採用すると、目的形状の通
気孔を簡便に得ることができ、低コスト化できる。請求
項４記載のように、前記補強リングが複数のリング分割
体からなり、前記通気孔が前記リング分割体同士の間に
確保したクリアランスである構成を採用すると、リング
分割体の配置位置のみによって目的形状の通気孔が得ら
れるため、溝等に比べて加工の手間が軽減あるいは省略
でき、一層の低コスト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の半導体装置を示す正
断面図である。
【図２】 図１の半導体装置にて採用されるキャップを
示す図であって、（ａ）はキャップを示す裏面の平面
図、（ｂ）は側面図である。
【図３】 本発明の第２実施形態の半導体装置を示す正
断面図である。
【図４】 図３の半導体装置にて採用されるキャップを
示す図であって、（ａ）はキャップを示す裏面の平面
図、（ｂ）は側面図である。
【図５】 本発明の第３実施形態の半導体装置を示す図
であって、補強リングを示す平面図である。
【図６】 従来例の半導体装置を示す図であって、絶縁
性基板にスルーホールを形成した例を示す。
【図７】 従来例の半導体装置を示す図であって、キャ
ップに通気孔を形成した例を示す。
【図８】 図７の半導体装置にて適用されるキャップ表
面を示す平面図である。
【符号の説明】
１ キャップ ２ 補強リング ３ 絶縁性基板 ４ 半導体素子 ５ 封入樹脂 ６ ＢＧＡハンダボール ７ 接着材 ８ 半導体素子側ハンダバンプ １１ 通気孔（補強リングに設けた溝） １２ 通気孔（キャップに設けた溝） １３ 通気孔（リング分割体間のクリアランス） ２０ 補強リング ２０ａ リング分割体

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁性基板上に、突起電極が形成された
    半導体素子と該半導体素子の周囲を囲繞するようにして
    配置される補強リングとが搭載され、前記半導体素子と
    前記絶縁性基板との間には樹脂を注入し、かつ前記半導
    体素子および前記補強リングの上部にキャップが搭載さ
    れる半導体装置において、 前記補強リング、あるいは前記キャップと前記補強リン
    グとの境界、あるいは前記絶縁性基板と前記補強リング
    との間に形成した通気孔を、前記絶縁性基板と前記半導
    体素子と前記補強リングとによって囲繞された領域の内
    外に連通させて通気性を確保したことを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項２】 前記通気孔が、前記キャップと前記補強
    リングとの境界に形成した溝であることを特徴とする請
    求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記通気孔が、前記補強リングと前記絶
    縁性基板との境界に形成した溝であることを特徴とする
    請求項１記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記補強リングが複数のリング分割体か
    らなり、前記通気孔が前記リング分割体同士の間に確保
    したクリアランスであることを特徴とする請求項１記載
    の半導体装置。
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Cited By (21)

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