JPH1174406A

JPH1174406A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH1174406A
Application number: JP23412597A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Oguma; 広志小熊; Shoji Matsugami; 昌二松上; Hiroshi Ozaki; 弘尾▲崎▼; Toshihiro Tsuboi; 敏宏坪井; Masayuki Shirai; 優之白井; Toshihiro Matsunaga; 俊博松永; Yasuki Tsutsumi; 安己堤
Original assignee: Hitachi Microcomputer System Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Microcomputer System Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】接続端子に高さのばらつきおよび応力の発生
が生じるのを大幅に抑制する。【解決手段】放熱板と、この放熱板のほぼ中央に搭載
される半導体チップと、この半導体チップの搭載領域を
除く他の領域に該放熱板に接着剤を介して接着されるパ
ッケージ基板と、このパッケージ基板の前記半導体チッ
プを中心とする周辺面に格子状に配置され、該半導体チ
ップの各電極と電気的接続がなされている各接続端子
と、を少なくとも備える半導体装置において、前記接着
剤は、放熱板の熱膨張による応力がパッケージ基板に反
りを与えない状態で形成されている。

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係り、
たとえばＢＧＡ(Ball Grid Array)と称される半導体装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＢＧＡと称される多ピン化型の小型半導
体装置は、半導体チップを内包するパッケージが、放熱
板、絶縁基板（パッケージ基板）、およびキャップ等の
異種材料を互いに接着させて構成され、該半導体チップ
を中心として絶縁基板の周辺面には該半導体チップの電
極と接続された多数の接続端子が格子状に形成されてい
る。

【０００３】この種の半導体装置は、たとえば、文献
「表面実装技術」１９９７−３：日刊工業新聞社：Ｐ
２〜９に詳述されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の半導体装置は、その高密度実装化の観点からして、次
に説明するような不都合が見出されるに到った。

【０００５】まず、そのパッケージに、それを構成する
異種材料を接着させて構成していく段階で反りが発生し
てしまい、これによって、絶縁基板面に形成された多数
の接続端子に高さのばらつきが生じていることが確認さ
れた。これら各接続端子の高さのばらつきは、該半導体
装置をプリント基板等に搭載する際に、該プリント基板
面の接続端子に充分な接続が図れない場合が生じること
を意味する。

【０００６】また、半導体装置の稼働時に半導体チップ
からの発熱によって、パッケージを構成する各材料が熱
膨張し、その熱膨張係数の差によって、各接続端子に応
力が発生していることが確認された。この応力は、各接
続端子の本来の位置からのずれを発生せしめ、該半導体
装置をプリント基板等に搭載する際に、同様に、該プリ
ント基板面の接続端子に充分な接続が図れない場合が生
じることを意味する。

【０００７】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたものであり、その目的は、接続端子に、高さのばら
つきおよび応力の発生が生じるのを大幅に抑制できる半
導体装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【０００９】手段１．放熱板と、この放熱板のほぼ中央
に搭載される半導体チップと、この半導体チップの搭載
領域を除く他の領域に該放熱板に接着剤を介して接着さ
れるパッケージ基板と、このパッケージ基板の前記半導
体チップを中心とする周辺面に格子状に配置され、該半
導体チップの各電極と電気的接続がなされている各接続
端子と、を少なくとも備える半導体装置において、前記
接着剤は、放熱板の熱膨張による応力がパッケージ基板
に反りを与えない状態で形成されていることを特徴とす
るものである。

【００１０】このように構成された半導体装置は、放熱
板によってパッケージ基板に反りが生じないことから、
該パッケージ基板の表面に形成されている接続端子に、
高さのばらつきおよび応力の発生が生じるのを大幅に抑
制できるようになる。

【００１１】接着剤の材料としては、比較的弾力性のあ
るものを用い、シリコーンゴムあるいはエポキシ系樹脂
を用いることによって、上述の効果を奏することができ
るようになる。

【００１２】また、接着剤の層厚を比較的大きくするこ
とによっても、放熱板の熱膨張による応力がパッケージ
基板に反りを与えないようにできる。

【００１３】手段２．手段１の構成において、放熱板と
パッケージ基板とで構成される半導体チップの搭載領域
となる凹陥部を閉塞するキャップを備えるとともに、こ
のキャップは放熱板と同じ材料あるいはほぼ同じ熱膨張
係数の材料から構成されていることを特徴とするもので
ある。

【００１４】このように構成された半導体装置は、放熱
板が熱膨張することによって、キャップも同様に熱膨張
することになる。

【００１５】そして、これら放熱板およびキャップがパ
ッケージ基板に反りを与える応力はそれぞれほぼ互いに
相殺される関係にあることから、該パッケージ基板に生
じる反りを大幅に抑制できることになる。

【００１６】したがって、該パッケージ基板の表面に形
成されている接続端子に、高さのばらつきおよび応力の
発生が生じるのを大幅に抑制できるようになる。

【００１７】手段３．手段２の構成において、放熱板と
キャップは、それぞれＩＮＶＥＲの両面にＣｕが形成さ
れた材料で構成されていることを特徴とする。

【００１８】このような材料は３層構造となっており、
それぞれの層の厚さを変化させることによって、実質的
な熱膨張係数が変化し、これにより所望の熱膨張係数の
放熱板とキャップを容易に得ることができるようにな
る。

【００１９】このことは、パッケージ基板に反りを与え
ないように、放熱板とキャップの各熱膨張係数を微妙に
設定でき、該パッケージ基板の反りによる弊害を防止で
きるようになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による半導体装置の
実施例を図面を用いて説明する。

【００２１】実施例１．図１（ｃ）は本発明による半導
体装置の一実施例を示す平面図である。図１（ｂ）は、
図１（ｃ）のｂ−ｂ線における断面図である。図１
（ａ）は裏面図である。

【００２２】同図において、たとえば正方形状をなす放
熱板２がある。この放熱板２は一辺が４０〜５０ｍｍの
大きさになっている。

【００２３】そして、この放熱板は、たとえばＩＮＶＥ
Ｒの両面にＣｕが形成されて、Ｃｕ／ＩＮＶＥＲ／Ｃｕ
（Ｃ／Ｉ／Ｃ）の三層構造からなる材料から構成されて
いる。この場合、各Ｃｕ、およびＩＮＶＥＲの厚さを変
化させることによって所定の熱膨張係数の放熱板２を得
ることができるようになっている。

【００２４】そして、この放熱板２の上面には、該放熱
板２と同じ大きさのパッケージ基板４が接着剤６を介し
て接着されている。

【００２５】この接着剤６は、たとえばシリコーンゴ
ム、あるいはエポキシ系の樹脂からなり、また、この実
施例では、放熱板とパッケージ基板との間に介在される
接着剤の厚さは比較的大きく形成されている。

【００２６】このように構成される接着剤６は、放熱板
２の熱膨張によってパッケージ基板４に加わる応力をで
きる限り緩和させようとする意図で形成され、該応力に
よってパッケージ基板４に反りが生じてしまうのを防止
するようになっている。

【００２７】このパッケージ基板４はその中央部に正方
形状の貫通孔４Ａが形成され、この貫通孔４Ａは前記放
熱板２を底面とする凹陥部を構成するようになってい
る。

【００２８】この凹陥部は半導体チップ８の搭載領域と
して構成され、該半導体チップ８がその電極形成面を上
にして放熱板８上に接着剤を介して搭載されている。

【００２９】ここで、前記パッケージ基板４は、それを
構成する絶縁基板が二層に構成され、それらの境界面に
は半導体チップ８の各電極を外部に引き出すための配線
パターンが形成されている。

【００３０】すなわち、まず、パッケージ基板４を構成
する二層の絶縁基板はともに同心の貫通孔が形成されて
いるが、そのうち放熱板２側の一方の絶縁基板（プリン
ト基板）の貫通孔は他方の絶縁基板（プリント基板）の
貫通孔よりも各辺が小さく形成されている。

【００３１】これによって、パッケージ基板４に形成さ
れている貫通孔４Ａは、その側壁において、放熱板２側
の一方の絶縁基板が貫通孔の中心側に若干延在されて形
成され、段差部を形成するようになっている。

【００３２】この段差部における一方の絶縁基板の表面
には、半導体チップ８の電極に対応して配線端子が形成
され、この配線端子はそのまま他方の絶縁基板との境界
をなす一方の絶縁基板上に延在されて配線パターンを構
成するようになっている。

【００３３】半導体チップ８の各電極とそれに対応する
絶縁基板面の前記配線端子はボンデングワイヤ１０を介
して互いに接続され、これにより、前記半導体チップ８
の各電極はパッケージ基板４に内蔵された配線パターン
にまで引き出されるようになっている。

【００３４】一方、パッケージ基板４の前記半導体チッ
プ８を中心とする周辺面上には格子状に配置された接続
端子１２が形成されている。

【００３５】この接続端子１２はいわゆるハンダバンプ
と称されるもので、パッケージ基板４を構成する他方の
絶縁基板に形成されたスルーホールを介して一方の絶縁
基板上の前記配線パターンを電気的に引き出した導電層
上にハンダが付着されて構成されたものとなっている。

【００３６】そして、パッケージ基板４には、その半導
体チップ８が搭載された凹陥部を閉塞するようにしてキ
ャップ１４が形成されている。このキャップ１４は、そ
の周辺部がパッケージ基板４の前記凹陥部の周辺に接着
剤を介して固着されることによって、形成されている。

【００３７】キャップ１４は、その一辺が２０〜３０ｍ
ｍの正方形状をなし、ＩＮＶＥＲの両面にＣｕが形成さ
れて、Ｃｕ／ＩＮＶＥＲ／Ｃｕの三層構造からなる材料
から構成されている。すなわち、このキャップは前記放
熱板と同じ材料から構成されたものとなっている。

【００３８】なお、このような半導体装置は、パッケー
ジ基板４に放熱板２を接着し、その後、半導体チップ８
を搭載する。そして、ワイヤボンディングした後、キャ
ップ１４を接着し、接続端子１２にハンダを付着させて
完成される。

【００３９】このように構成された半導体装置は、放熱
板２とパッケージ基板４との固着に要する接着剤６とし
て、放熱板２の熱膨張による応力がパッケージ基板４に
反りを与えない状態で形成されていることから、該パッ
ケージ基板４の表面に形成されている接続端子１２に、
高さのばらつきおよび応力の発生が生じるのを大幅に抑
制できるようになる。

【００４０】また、放熱板２が熱膨張することによっ
て、同材料からなるキャップ１４も同様に熱膨張するこ
とになる。

【００４１】そして、これら放熱板２およびキャップ１
４がパッケージ基板４に反りを与える応力はそれぞれほ
ぼ互いに相殺される関係にあることから、該パッケージ
基板４に生じる反りを大幅に抑制できることになる。

【００４２】したがって、該パッケージ基板４の表面に
形成されている接続端子１２に、高さのばらつきおよび
応力の発生が生じるのを大幅に抑制できるようになる。

【００４３】さらに、放熱板２およびキャップ１４を構
成する材料はＣｕ／ＩＮＶＥＲ／Ｃｕからなる３層構造
となっており、それぞれの層の厚さを変化させることに
よって、実質的な熱膨張係数を変化でき、これにより所
望の熱膨張係数の放熱板２とキャップ１４を容易に得る
ことができるようになる。

【００４４】このことは、パッケージ基板４に反りを与
えないように、放熱板２とキャップ１４の各熱膨張係数
を微妙に設定でき、該パッケージ基板４の反りによる弊
害を防止できるようになる。

【００４５】実施例２．図２（ｃ）は本発明による半導
体装置の他の実施例を示す平面図である。図２（ｂ）
は、図２（ｃ）のｂ−ｂ線における断面図である。図２
（ａ）は裏面図である。

【００４６】図２において、図１と同符号のものは同一
の材料を示している。

【００４７】図１と異なる構成は、まず、パッケージ基
板４にあり、このパッケージ基板は、一層のみの絶縁基
板から構成されている。このため、パッケージ基板４の
応力による反りの観点からは二層構造のものよりも有利
となる。

【００４８】半導体チップ８の電極からボンデングワイ
ヤ１０を介してハンダバンプ（接続端子１２）に接続さ
れる配線パターンは、該ハンダバンプが形成された前記
絶縁基板の表面に形成されている。

【００４９】すなわち、パッケージ基板４に形成された
貫通孔４Ａの周辺の表面には、半導体チップ８の電極に
対応して、この電極とボンテングワイヤ１０によって接
続される配線端子が形成され、この配線端子はパッケー
ジ基板４の表面に延在されて配線パターンを形成すると
ともに、対応するハンダバンプに接続されている。

【００５０】なお、この場合、このような配線パターン
が形成されたパッケージ基板４の表面には、前記ハンダ
バンプの形成領域を除いてソルダーレジスト膜が形成さ
れている。配線パターン面にもハンダが付着するのを回
避するためである。

【００５１】そして、放熱板２とパッケージ基板４とで
構成される凹陥部内に、その凹陥部に搭載される半導体
チップを被うようにしてレジン（ポッティングレジン）
１６が封止されている。このレジン１６はパッケージ基
板４の材料とほぼ同じ熱膨張係数の材料が用いられてい
る。

【００５２】なお、このような半導体装置は、パッケー
ジ基板４に放熱板２を接着し、その後、半導体チップ８
を搭載する。そして、ワイヤボンディングした後、レジ
ン１６を封止し、接続端子１２にハンダを付着させて完
成される。

【００５３】このように構成された半導体装置は、図１
の場合と比較すると、放熱板２によるパッケージ基板４
の反りを相殺するためのキャップ１４が取り付けられて
いないが、一層の絶縁基板からパッケージ基板４が構成
され、また、このパッケージ基板４の材料とほぼ同じ熱
膨張係数のレジン１６を用いていることから図１と同様
の効果を奏するようになる。

【００５４】実施例３．図３は、本発明による半導体装
置の他の実施例を示す構成図であり、その実装基板２０
とともに示した構成図である。

【００５５】図３に示す半導体装置は、図１に示した半
導体装置と類似の構成となっているが、特に、放熱板２
において、パッケージ基板４の裏面の全域にまで及んで
形成されておらず、それと反対側の面に形成されたキャ
ップ１４とほぼ同心的にかつ同じ大きさで形成されたも
のとなっている。

【００５６】この場合、放熱板２とキャップ１４は同じ
材料あるいは熱膨張係数がほぼ同じ材料であることが好
ましい。

【００５７】このように構成された半導体装置は、その
放熱板２およびキャップ１４がパッケージ基板４に反り
を与える応力はほぼ同じであり、しかも、それぞれは完
全に相殺される関係にあり、該パッケージ基板に生じる
反りを大幅に抑制できることになる。

【００５８】実施例４．図４は、本発明による半導体装
置の他の実施例を示す構成図であり、その実装基板２０
とともに示した構成図である。

【００５９】図４において、図３と同符号のものは同一
の材料を示している。

【００６０】図３と比較して異なる構成は放熱板２にあ
る。すなわち、図３の構成において、パッケージ基板４
に接着された放熱板は、その接着部分から外方に及ぶ部
分において、該パッケージ基板４と接着させることな
く、該パッケージ基板４とほぼ同じ大きさになるよう
に、延在させた構成となっている。

【００６１】このように構成された半導体装置は、放熱
板２がその熱膨張によってパッケージ基板４に及ぼす応
力は図３の場合と全く同じとなる。接着部分から外方に
延在された部分の放熱板の熱膨張はパッケージ基板４に
全く関係しないからである。

【００６２】このことから、図３の場合と同様の効果を
奏するとともに、図３の場合よりも大きな放熱効果をも
たらすことができるようになる。

【００６３】以上説明したことから明らかなように、各
実施例による半導体装置によれば、その接続端子に、高
さのばらつきおよび応力の発生が生じるのを大幅に抑制
できるようになる。

【００６４】

【表１】

【００６５】なお、表１は、上述した各実施例に用いら
れる材料の線膨張係数を示したものである。同表から明
らかとなるように、半導体チップ３を収納するパッケー
ジは、それらを構成する各部材ともほぼ近接する線膨張
係数を有し、この発明による効果の信頼性が実証され
る。

【００６６】上述した実施例では、接続端子としてハン
ダバンプを用いているものであるが、これに限定される
ことはなく、ピンであってもよいことはいうまでもな
い。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による半導体装置によれば、その接続端子に、高
さのばらつきおよび応力の発生が生じるのを大幅に抑制
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体装置の一実施例を示す構成
図である。

【図２】本発明による半導体装置の他の実施例を示す構
成図である。

【図３】本発明による半導体装置の他の実施例を示す構
成図である。

【図４】本発明による半導体装置の他の実施例を示す構
成図である。

【符号の説明】２……放熱板、４……パッケージ基板、６……接着剤、
８……半導体チップ、１２……接続端子、１４……キャ
ップ。

フロントページの続き (72)発明者松上昌二東京都小平市上水本町５丁目20番１号日立超エル・エス・アイ・エンジニアリング株式会社内 (72)発明者尾▲崎▼ 弘東京都小平市上水本町５丁目20番１号日立超エル・エス・アイ・エンジニアリング株式会社内 (72)発明者坪井敏宏東京都小平市上水本町５丁目20番１号日立超エル・エス・アイ・エンジニアリング株式会社内 (72)発明者白井優之東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者松永俊博東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者堤安己東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放熱板と、この放熱板のほぼ中央に搭載
される半導体チップと、この半導体チップの搭載領域を
除く他の領域に該放熱板に接着剤を介して接着されるパ
ッケージ基板と、このパッケージ基板の前記半導体チッ
プを中心とする周辺面に格子状に配置され、該半導体チ
ップの各電極と電気的接続がなされている各接続端子
と、を少なくとも備える半導体装置において、前記接着剤は、放熱板の熱膨張による応力がパッケージ
基板に反りを与えない状態で形成されていることを特徴
とする半導体装置。
【請求項２】前記接着剤は、シリコーンゴムあるいは
エポキシ系樹脂からなる材料としたことを特徴とする請
求項１記載の半導体装置。
【請求項３】放熱板とパッケージ基板とで構成される
半導体チップの搭載領域となる凹陥部を閉塞するキャッ
プを備えることを特徴とする請求項１記載の半導体装
置。
【請求項４】放熱板とキャップは同じ材料あるいは熱
膨張係数がほぼ同じ材料から構成されていることを特徴
とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】放熱板とキャップは、それぞれＩＮＶＥ
Ｒの両面にＣｕが形成された材料で構成されていること
を特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】放熱板とパッケージ基板とで構成される
半導体チップの搭載領域となる凹陥部に該半導体チップ
をも被ってレジンが封止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。
【請求項７】放熱板は、ＩＮＶＥＲの両面にＣｕが形
成された材料で構成されていることを特徴とする請求項
６記載の半導体装置。
【請求項８】放熱板と、この放熱板のほぼ中央に搭載
される半導体チップと、この半導体チップの搭載領域を
除いて接着され、該放熱板の外方にまで延在されるパッ
ケージ基板と、このパッケージ基板の前記半導体チップ
を中心とする周辺面に格子状に配置され、該半導体チッ
プの各電極と電気的接続がなされている各接続端子と、
前記放熱板とパッケージ基板とで構成される半導体チッ
プの搭載領域となる凹陥部を閉塞するキャップと、を少
なくとも備える半導体装置であって、前記放熱板とキャップはほぼ同じ面積で構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】放熱板とキャップは同一の材料あるいは
熱膨張係数がほぼ同じ材料で構成されていることを特徴
とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】放熱板とキャップは、それぞれＩＮＶ
ＥＲの両面にＣｕが形成された材料で構成されているこ
とを特徴とする請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】放熱板と、この放熱板のほぼ中央に搭
載される半導体チップと、この半導体チップの搭載領域
を除く他の領域に該放熱板に接着剤を介して接着される
パッケージ基板と、このパッケージ基板の前記半導体チ
ップを中心とする周辺面に格子状に配置され、該半導体
チップの各電極と電気的接続がなされている各接続端子
と、前記放熱板とパッケージ基板とで構成される半導体
チップの搭載領域となる凹陥部を閉塞するキャップと、
を少なくとも備える半導体装置において、前記パッケージ基板に対する放熱板の接着は、その接着
領域が、前記キャップのパッケージ基板に対する固着領
域と、ほぼ同心的に重畳する部分になっていることを特
徴とする半導体装置。
【請求項１２】放熱板とキャップは同一の材料あるい
は熱膨張係数がほぼ同じ材料で構成されていることを特
徴とする請求項１１記載の半導体装置。
【請求項１３】放熱板とキャップは、それぞれＩＮＶ
ＥＲの両面にＣｕが形成された材料で構成されているこ
とを特徴とする請求項１２記載の半導体装置。