JPH11204692A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPH11204692A JPH11204692A JP10007320A JP732098A JPH11204692A JP H11204692 A JPH11204692 A JP H11204692A JP 10007320 A JP10007320 A JP 10007320A JP 732098 A JP732098 A JP 732098A JP H11204692 A JPH11204692 A JP H11204692A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
- H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
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- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
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- H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 半導体素子と内部基板とをバンプ電極により
接続した半導体装置を、はんだボールにより外部基板と
接続する時のバンプ電極およびはんだボールの応力を低
減する。 【解決手段】 バンプ電極２により接続された半導体素
子１と内部基板３と、これらの間を封止する封止樹脂８
と、内部基板３の半導体素子１を搭載する面と反対の面
に形成されたはんだボール７とを備えた半導体装置にお
いて、内部基板３としてヤング率を10000kg/mm2程度の
ある程度硬く、熱膨張係数を10ppm程度の外部基板９に
近い熱膨張係数を持つ内部基板を用いる。
接続した半導体装置を、はんだボールにより外部基板と
接続する時のバンプ電極およびはんだボールの応力を低
減する。 【解決手段】 バンプ電極２により接続された半導体素
子１と内部基板３と、これらの間を封止する封止樹脂８
と、内部基板３の半導体素子１を搭載する面と反対の面
に形成されたはんだボール７とを備えた半導体装置にお
いて、内部基板３としてヤング率を10000kg/mm2程度の
ある程度硬く、熱膨張係数を10ppm程度の外部基板９に
近い熱膨張係数を持つ内部基板を用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の構造
に関するもので、特に内部基板を有する基板パッケージ
に関するものである。
に関するもので、特に内部基板を有する基板パッケージ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯機器が急速に普及しこれに伴
ってその中に搭載される樹脂封止型半導体装置も薄型、
小型、軽量のものが要求されるようになっており、これ
らに対応するために数多くの種類のパッケージが提案さ
れている。その一例として、回路形成面上にバンプを有
する半導体素子を、導体パターンがその表面に形成され
た内部基板の導体パターン部にバンプを接合するように
設置し、これらのすきまを樹脂で充填し、内部基板の裏
面に外部基板接続用のハンダボールを設けたものがあ
る。
ってその中に搭載される樹脂封止型半導体装置も薄型、
小型、軽量のものが要求されるようになっており、これ
らに対応するために数多くの種類のパッケージが提案さ
れている。その一例として、回路形成面上にバンプを有
する半導体素子を、導体パターンがその表面に形成され
た内部基板の導体パターン部にバンプを接合するように
設置し、これらのすきまを樹脂で充填し、内部基板の裏
面に外部基板接続用のハンダボールを設けたものがあ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の半導体装置では、外部基板に設置後、温度サイクル
のような熱衝撃において、以下の問題点が発生しやす
い。まず、半導体素子と同等サイズの内部基板を用いた
場合は、外部基板に設置後、温度サイクルのような熱衝
撃で、はんだボールに外部クラックが発生しやすい。こ
れは、半導体装置と外部基板との熱膨張係数の違いによ
る現象でとくに内部基板としてセラミックを用いた場合
に顕著に現れる。また、ポリイミドテープやプラスチッ
クのような内部基板を使用すると半導体素子と内部基板
の熱膨張係数の違いにより、バンプに内部クラックが発
生しやすい。
成の半導体装置では、外部基板に設置後、温度サイクル
のような熱衝撃において、以下の問題点が発生しやす
い。まず、半導体素子と同等サイズの内部基板を用いた
場合は、外部基板に設置後、温度サイクルのような熱衝
撃で、はんだボールに外部クラックが発生しやすい。こ
れは、半導体装置と外部基板との熱膨張係数の違いによ
る現象でとくに内部基板としてセラミックを用いた場合
に顕著に現れる。また、ポリイミドテープやプラスチッ
クのような内部基板を使用すると半導体素子と内部基板
の熱膨張係数の違いにより、バンプに内部クラックが発
生しやすい。
【０００４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を参照しながら説明する。なお、実施例を説明するた
めの全図において、同一機能を有するものは同一符号を
付け、その説明を省略する。
面を参照しながら説明する。なお、実施例を説明するた
めの全図において、同一機能を有するものは同一符号を
付け、その説明を省略する。
【０００５】図１は、本願発明の第１実施形態を説明す
るための図である。この第１実施形態の半導体装置で
は、半導体基板１の回路形成面に形成されたバンプ電極
２と、内部基板３の表面に形成された銅等からなる導体
パターン４とが電気的に接続されている。この導体パタ
ーンは、バンプ電極と接続する部分を除いて絶縁層５で
覆われている。これら半導体素子１と内部基板３との間
は樹脂８にて充填されている。また、樹脂８を注入し、
硬化した後、内部基板３の裏面にはんだボール７を形成
する。このはんだボール７はスルーホール６を介して導
体パターン４と接続されている。その後、外部基板９上
にこの半導体装置を搭載し、外部基板９とはんだボール
７を接合する。
るための図である。この第１実施形態の半導体装置で
は、半導体基板１の回路形成面に形成されたバンプ電極
２と、内部基板３の表面に形成された銅等からなる導体
パターン４とが電気的に接続されている。この導体パタ
ーンは、バンプ電極と接続する部分を除いて絶縁層５で
覆われている。これら半導体素子１と内部基板３との間
は樹脂８にて充填されている。また、樹脂８を注入し、
硬化した後、内部基板３の裏面にはんだボール７を形成
する。このはんだボール７はスルーホール６を介して導
体パターン４と接続されている。その後、外部基板９上
にこの半導体装置を搭載し、外部基板９とはんだボール
７を接合する。
【０００６】ここで、内部基板３の材料としては、ヤン
グ率8000〜15000kg/mm2程度のある程度硬く、熱膨張係
数が外部基板の熱膨張係数と近い値の10〜12ppm程度の
材料を用いる。一例として京セラ社製高熱膨張性セラミ
ック等を用いることができる。また、はんだボール７が
接続される外部基板９は、一般的にはヤング率3000kg/m
m2、熱膨張係数15ppmである。また、半導体素子１は、
一般的にヤング率13000kg/mm2程度であり、熱膨張係数3
ppm程度、一辺10mm×10mm、厚さ300μm程度である。
グ率8000〜15000kg/mm2程度のある程度硬く、熱膨張係
数が外部基板の熱膨張係数と近い値の10〜12ppm程度の
材料を用いる。一例として京セラ社製高熱膨張性セラミ
ック等を用いることができる。また、はんだボール７が
接続される外部基板９は、一般的にはヤング率3000kg/m
m2、熱膨張係数15ppmである。また、半導体素子１は、
一般的にヤング率13000kg/mm2程度であり、熱膨張係数3
ppm程度、一辺10mm×10mm、厚さ300μm程度である。
【０００７】つぎに、図２を参照しながら上述の内部基
板および外部基板９を用いた場合のはんだボール部にお
ける応力と温度サイクル性についてセラミック基板ある
いはポリイミドテープ、プラスチック基板を用いた場合
と比較して示す。ここで、外部基板９は全て共通でヤン
グ率3000kg/mm2、熱膨張係数15ppmのものを用いる。
板および外部基板９を用いた場合のはんだボール部にお
ける応力と温度サイクル性についてセラミック基板ある
いはポリイミドテープ、プラスチック基板を用いた場合
と比較して示す。ここで、外部基板９は全て共通でヤン
グ率3000kg/mm2、熱膨張係数15ppmのものを用いる。
【０００８】まず、内部基板としてヤング率20000kg/mm
2、熱膨張係数5ppmのセラミック基板を用いた場合、外
部基板９との熱膨張係数の違いが大きいため、はんだボ
ール部に応力がかかりやすくなる。温度サイクルでは、
400サイクル程度しか持たない。
2、熱膨張係数5ppmのセラミック基板を用いた場合、外
部基板９との熱膨張係数の違いが大きいため、はんだボ
ール部に応力がかかりやすくなる。温度サイクルでは、
400サイクル程度しか持たない。
【０００９】一方外部基板９と同一の特性を持つポリイ
ミドテープや、プラスチックからなる内部基板は、基板
単独ならば熱膨張係数が同じなため、はんだボール７に
は応力はかからない。しかし、実際は半導体装置の一部
として使われるため、内部基板は半導体素子１と電気的
にかつ機械的に接合される。また、内部基板は一般に0.
3mmと薄くまたヤング率3000kg/mm2と柔らかいため、半
導体装置としては、半導体素子１の熱膨張係数3ppmに近
づく。従って外部基板９とは違いが大きくなり、はんだ
ボール部に応力がかかりやすくなる。このため温度サイ
クルでは500サイクル程度しか持たない。
ミドテープや、プラスチックからなる内部基板は、基板
単独ならば熱膨張係数が同じなため、はんだボール７に
は応力はかからない。しかし、実際は半導体装置の一部
として使われるため、内部基板は半導体素子１と電気的
にかつ機械的に接合される。また、内部基板は一般に0.
3mmと薄くまたヤング率3000kg/mm2と柔らかいため、半
導体装置としては、半導体素子１の熱膨張係数3ppmに近
づく。従って外部基板９とは違いが大きくなり、はんだ
ボール部に応力がかかりやすくなる。このため温度サイ
クルでは500サイクル程度しか持たない。
【００１０】ここでこれら２つの間の特性値を持つヤン
グ率10000kg/mm2程度のある程度硬く、かつ外部基板９
にある程度近い熱膨張係数、例えば10ppm程度の高熱膨
張／高弾性基板を用いることにより、はんだボール７へ
の応力を下げることが可能となる。このような内部基板
を用いると温度サイクルでは1000サイクルまで持つこと
ができる。
グ率10000kg/mm2程度のある程度硬く、かつ外部基板９
にある程度近い熱膨張係数、例えば10ppm程度の高熱膨
張／高弾性基板を用いることにより、はんだボール７へ
の応力を下げることが可能となる。このような内部基板
を用いると温度サイクルでは1000サイクルまで持つこと
ができる。
【００１１】次に図３を参照しながらバンプ電極２部分
の応力と温度サイクル性について示す。外部基板９と同
一の特性を持つポリイミドテープやプラスチックからな
る内部基板を用いた場合、半導体素子１との熱膨張係数
の違いが大きくなり、バンプ部に応力がかかりやすくな
る。さらに、外部基板９の熱膨張係数からも影響を受け
温度サイクルでは400サイクル程度しか持たない。
の応力と温度サイクル性について示す。外部基板９と同
一の特性を持つポリイミドテープやプラスチックからな
る内部基板を用いた場合、半導体素子１との熱膨張係数
の違いが大きくなり、バンプ部に応力がかかりやすくな
る。さらに、外部基板９の熱膨張係数からも影響を受け
温度サイクルでは400サイクル程度しか持たない。
【００１２】内部基板としてセラミックを用いた場合、
バンプ部の応力には有効であり、温度サイクルでは1200
サイクル程度もつが、前述したようにはんだボール部の
応力は大きい。
バンプ部の応力には有効であり、温度サイクルでは1200
サイクル程度もつが、前述したようにはんだボール部の
応力は大きい。
【００１３】つぎに、内部基板としてここでこれら２つ
の間の特性値を持つヤング率10000kg/mm2程度のある程
度硬い、かつ外部基板９にある程度近い熱膨張係数例え
ば10ppm程度の内部基板を用いた場合、バンプ部への応
力を低減することが可能であり、温度サイクルでは800
サイクルまで持つことができる。
の間の特性値を持つヤング率10000kg/mm2程度のある程
度硬い、かつ外部基板９にある程度近い熱膨張係数例え
ば10ppm程度の内部基板を用いた場合、バンプ部への応
力を低減することが可能であり、温度サイクルでは800
サイクルまで持つことができる。
【００１４】このように、内部基板としてある程度硬い
（ヤング率10000kg/mm2程度）、かつ外部基板９にある
程度近い熱膨張係数（10ppm程度）の内部基板を用いた
ため、はんだボール接合部およびバンプ部のいずれの応
力も低減した半導体装置を実現できる。
（ヤング率10000kg/mm2程度）、かつ外部基板９にある
程度近い熱膨張係数（10ppm程度）の内部基板を用いた
ため、はんだボール接合部およびバンプ部のいずれの応
力も低減した半導体装置を実現できる。
【００１５】次に、本願発明の第２実施形態を図４を用
いて説明する。第２実施形態では半導体素子１と内部基
板３との間に充填する樹脂として通常用いられるヤング
率500kg/mm2程度の封止樹脂に代えてヤング率1500〜250
0kg/mm2程度の高弾性液状樹脂１０を用いることを特徴
としている。このようなヤング率を有する封止樹脂を用
いることにより、バンプ部の応力をさらに低減すること
が可能である。
いて説明する。第２実施形態では半導体素子１と内部基
板３との間に充填する樹脂として通常用いられるヤング
率500kg/mm2程度の封止樹脂に代えてヤング率1500〜250
0kg/mm2程度の高弾性液状樹脂１０を用いることを特徴
としている。このようなヤング率を有する封止樹脂を用
いることにより、バンプ部の応力をさらに低減すること
が可能である。
【００１６】次に、本願第２実施形態に関する半導体装
置の製造工程について説明する。まず、回路形成面にバ
ンプ電極２を有する半導体素子１と、一方の面に銅等か
らなる回路パターン４とこの一方の面から他方の面に通
じるスルーホール６を有する内部基板３を用意し、これ
ら半導体素子１のバンプ電極２と内部基板３の回路パタ
ーン４とを電気的に接続させる。次に半導体素子１と内
部基板３との間に樹脂１０を注入し硬化させる。樹脂の
硬化後、はんだボール７を内部基板３のスルーホール６
部分に付けることにより第２実施例の半導体装置を得
る。その後、この半導体装置を外部基板９に搭載し、は
んだボール７により外部基板９と接合する。
置の製造工程について説明する。まず、回路形成面にバ
ンプ電極２を有する半導体素子１と、一方の面に銅等か
らなる回路パターン４とこの一方の面から他方の面に通
じるスルーホール６を有する内部基板３を用意し、これ
ら半導体素子１のバンプ電極２と内部基板３の回路パタ
ーン４とを電気的に接続させる。次に半導体素子１と内
部基板３との間に樹脂１０を注入し硬化させる。樹脂の
硬化後、はんだボール７を内部基板３のスルーホール６
部分に付けることにより第２実施例の半導体装置を得
る。その後、この半導体装置を外部基板９に搭載し、は
んだボール７により外部基板９と接合する。
【００１７】次にはんだボール７部にかかる応力の様子
と実際の温度サイクル性の結果を図５を用いて説明す
る。内部基板としてヤング率20000kg/mm2、熱膨張係数5
ppmのセラミック基板を用いた場合、半導体素子１との
熱膨張係数が近いため、封止樹脂に関りなくバンプ２部
に応力がかかりにくい。このため温度サイクルでは1200
サイクル程度持つ。
と実際の温度サイクル性の結果を図５を用いて説明す
る。内部基板としてヤング率20000kg/mm2、熱膨張係数5
ppmのセラミック基板を用いた場合、半導体素子１との
熱膨張係数が近いため、封止樹脂に関りなくバンプ２部
に応力がかかりにくい。このため温度サイクルでは1200
サイクル程度持つ。
【００１８】また、内部基板として外部基板９と同一の
特性を持つポリイミドテープ、プラスチック等の基板を
用いた場合、ヤング率2000kg/mm2程度の高弾性樹脂を使
用すると温度サイクル400サイクルとなりヤング率500kg
/mm2程度の通常用いられる樹脂を用いた場合と同等であ
る。
特性を持つポリイミドテープ、プラスチック等の基板を
用いた場合、ヤング率2000kg/mm2程度の高弾性樹脂を使
用すると温度サイクル400サイクルとなりヤング率500kg
/mm2程度の通常用いられる樹脂を用いた場合と同等であ
る。
【００１９】一方、内部基板として10000kg/mm2、熱膨
張係数10ppmの内部基板を用いた場合、温度サイクル120
0程度となり、通常用いられる樹脂であるヤング率500kg
/mm2程度のものを用いた場合に比べて大幅に向上する。
これは、樹脂のヤング率を上げることで、外部基板９の
熱膨張係数からの影響がさらに受けにくくなるためと考
えられる。
張係数10ppmの内部基板を用いた場合、温度サイクル120
0程度となり、通常用いられる樹脂であるヤング率500kg
/mm2程度のものを用いた場合に比べて大幅に向上する。
これは、樹脂のヤング率を上げることで、外部基板９の
熱膨張係数からの影響がさらに受けにくくなるためと考
えられる。
【００２０】このように、内部基板としてある程度硬く
（ヤング率10000kg/mm2）、かつ外部基板９にある程度
近い熱膨張係数（10ppm）の内部基板を使用し、さらに
封止樹脂としてヤング率2000kg/mm2の高弾性液状樹脂を
使用すると、はんだボール７部およびバンプ２部いずれ
の応力も低減することができる。
（ヤング率10000kg/mm2）、かつ外部基板９にある程度
近い熱膨張係数（10ppm）の内部基板を使用し、さらに
封止樹脂としてヤング率2000kg/mm2の高弾性液状樹脂を
使用すると、はんだボール７部およびバンプ２部いずれ
の応力も低減することができる。
【００２１】以上の第１実施形態および第２実施形態に
関する温度サイクルを図６にまとめる。この図６から明
らかなようにヤング率10000kg/mm2、熱膨張係数10ppmの
内部基板を用いた場合、他の内部基板を用いた場合に比
較して温度サイクル特性が大幅に向上していることが分
かる。また、ヤング率２000kg/mm2の高弾性液状樹脂を
用いた場合、半導体素子と内部基板との間の内部接続に
おいて1200サイクルと大幅に向上していることが分か
る。
関する温度サイクルを図６にまとめる。この図６から明
らかなようにヤング率10000kg/mm2、熱膨張係数10ppmの
内部基板を用いた場合、他の内部基板を用いた場合に比
較して温度サイクル特性が大幅に向上していることが分
かる。また、ヤング率２000kg/mm2の高弾性液状樹脂を
用いた場合、半導体素子と内部基板との間の内部接続に
おいて1200サイクルと大幅に向上していることが分か
る。
【００２２】
【発明の効果】本発明に係る半導体装置によれば、ある
程度硬くかつ外部基板と近い熱膨張係数を有する内部基
板を用いたことにより、半導体素子と内部基板とを接合
するバンプ電極および内部基板と外部基板を接合するは
んだボールのいずれの応力も低減できる。
程度硬くかつ外部基板と近い熱膨張係数を有する内部基
板を用いたことにより、半導体素子と内部基板とを接合
するバンプ電極および内部基板と外部基板を接合するは
んだボールのいずれの応力も低減できる。
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるバンプ部の応
力を示す図である。
力を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるはんだボール
部の応力を示す図である。
部の応力を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態におけるバンプ部の応
力を示す図である。
力を示す図である。
【図６】本発明の実施例における温度サイクルを示す図
である。
である。
【符号の説明】 １ 半導体素子 ２ バンプ電極 ３ 内部基板 ４ 導体パターン ５ 絶縁層 ６ スルーホール ７ はんだボール ８ 封止樹脂 ９ 外部基板 １０ 封止樹脂
Claims (4)
- 【請求項１】 表面に複数の突起電極を備えた半導体素
子と、 この突起電極と接続する導体パターンが一方の面に形成
され、この一方の面と対向する他方の面に前記導体パタ
ーンと貫通孔を介して導通する外部電極が形成された内
部基板とを備え、前記外部電極を外部基板に接続して用
いる半導体装置において、 前記内部基板の熱膨張係数は前記外部基板の熱膨張係数
近傍の値を有し、かつ前記内部基板のヤング率は前記外
部基板のヤング率よりも大きいことを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項２】 前記内部基板のヤング率は8000〜15000k
g/mm2であり、熱膨張係数は10〜12ppmであることを特徴
とする請求項１項記載の半導体装置。 - 【請求項３】 前記半導体素子表面と前記内部基板との
間に樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１項
あるいは２項記載の半導体装置。 - 【請求項４】 前記樹脂は、ヤング率1500〜3000kg/mm2
であることを特徴とする請求項３項記載の半導体装置。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP10007320A JPH11204692A (ja) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | 半導体装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10007320A JPH11204692A (ja) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | 半導体装置 |
Publications (1)
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| JPH11204692A true JPH11204692A (ja) | 1999-07-30 |
Family
ID=11662695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10007320A Pending JPH11204692A (ja) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | 半導体装置 |
Country Status (2)
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|---|---|
| US (1) | US6204563B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11204692A (ja) |
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