JPWO2012029526A1 - Semiconductor package and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
本発明の目的は、熱による不具合の発生を防止することができる半導体パッケージおよび半導体装置を提供することにあり、本発明は、基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板と、前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材と、前記基板の前記他方の面に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第2補強部材とを有することを特徴とする半導体パッケージを第1半導体パッケージとして提供する。An object of the present invention is to provide a semiconductor package and a semiconductor device capable of preventing the occurrence of defects due to heat. The present invention provides a substrate and a first conductor provided on one surface side of the substrate. A wiring board provided with a pattern and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern; and joined to the one surface of the substrate; A semiconductor element electrically connected to one conductor pattern; and a first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller thermal expansion coefficient than the substrate. A semiconductor package comprising a second reinforcing member bonded to the other surface of the substrate and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate is provided as a first semiconductor package.
Description
本発明は、半導体パッケージおよび半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor package and a semiconductor device.
近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んできており、これらの電子機器に使用される半導体パッケージは、従来にも増して益々小型化かつ多ピン化が進んできている。 In recent years, with the demand for higher functionality and lighter, thinner and smaller electronic devices, high-density integration and further high-density mounting of electronic components have progressed. Semiconductor packages used in these electronic devices have been In addition, the size and number of pins are increasing.
半導体パッケージはその小型化に伴って、従来のようなリードフレームを使用した形態のパッケージでは、小型化に限界がきているため、最近では回路基板上にチップを実装したものとして、BGA(Ball Grid Array)や、CSP(Chip Scale Package)と言った、エリア実装型の新しいパッケージ方式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 With the miniaturization of semiconductor packages, the conventional package using a lead frame has a limit on miniaturization. Therefore, recently, it is assumed that a chip is mounted on a circuit board, and BGA (Ball Grid) is used. Array) and a new area mounting type packaging method such as CSP (Chip Scale Package) have been proposed (for example, see Patent Document 1).
BGAやCSP等の新しいパッケージに用いられるインターポーザは、一般に、繊維基材に樹脂組成物を含浸してなる基板に導体パターンや導体ポストが形成されてなる。 In general, an interposer used for a new package such as BGA or CSP is formed by forming a conductor pattern or a conductor post on a substrate obtained by impregnating a fiber base material with a resin composition.
このようなインターポーザは、チップとの熱膨張係数差が大きい。また、インターポーザは、通常、チップよりも大面積となるため、チップと接触していない部分の面積が大きい。このようなチップと接触していない部分は、剛性が極めて低く、前述したようなチップとインターポーザの熱膨張差に起因して反りやすく、電気的接続の信頼性を低下させるという問題があった。
また、チップは発熱するため、インターポーザには優れた放熱性が要求されている。また、このような半導体パッケージの製造時においては、優れた作業性が要求される。Such an interposer has a large difference in thermal expansion coefficient from the chip. Further, since the interposer usually has a larger area than the chip, the area of the portion not in contact with the chip is large. Such a portion that is not in contact with the chip has a very low rigidity, and thus tends to warp due to the difference in thermal expansion between the chip and the interposer as described above, resulting in a problem that reliability of electrical connection is lowered.
Moreover, since the chip generates heat, the interposer is required to have excellent heat dissipation. In addition, when such a semiconductor package is manufactured, excellent workability is required.
本発明の目的は、熱による不具合の発生を防止することができる半導体パッケージおよび半導体装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor package and a semiconductor device that can prevent the occurrence of defects due to heat.
このような目的は、第1半導体パッケージである下記(1)〜(7)により達成される。
(1) 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板と、
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材と、
前記基板の前記他方の面に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第2補強部材とを有することを特徴とする半導体パッケージ。Such an object is achieved by the following (1) to (7) as the first semiconductor package.
(1) A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board comprising:
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A semiconductor package comprising: a second reinforcing member bonded to the other surface of the substrate and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate.
(2) 前記第1補強部材は、前記半導体素子の周囲を囲むように設けられている上記(1)に記載の半導体パッケージ。 (2) The semiconductor package according to (1), wherein the first reinforcing member is provided so as to surround the periphery of the semiconductor element.
(3) 前記第1補強部材および前記第2補強部材は、それぞれ、板状をなしている上記(1)または(2)に記載の半導体パッケージ。 (3) The semiconductor package according to (1) or (2), wherein each of the first reinforcing member and the second reinforcing member has a plate shape.
(4) 前記第2導体パターンの前記基板と反対側の面には、複数の金属バンプが接合され、
前記第2補強部材は、前記各金属バンプに非接触で前記各金属バンプを囲むように形成された複数の開口部を有する上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の半導体パッケージ。(4) A plurality of metal bumps are bonded to the surface of the second conductor pattern opposite to the substrate,
The semiconductor package according to any one of (1) to (3), wherein the second reinforcing member has a plurality of openings formed so as to surround the metal bumps without contacting the metal bumps.
(5) 前記第1補強部材および前記第2補強部材は、それぞれ、前記半導体素子との熱膨張係数差が7ppm/℃以下である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (5) The semiconductor package according to any one of (1) to (4), wherein each of the first reinforcing member and the second reinforcing member has a difference in thermal expansion coefficient from the semiconductor element of 7 ppm / ° C. or less. .
(6) 前記第1補強部材および前記第2補強部材は、それぞれ、金属材料で構成されている上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (6) The semiconductor package according to any one of (1) to (5), wherein each of the first reinforcing member and the second reinforcing member is made of a metal material.
(7) 前記金属材料は、Fe−Ni系合金である上記(6)に記載の半導体パッケージ。 (7) The semiconductor package according to (6), wherein the metal material is an Fe—Ni alloy.
さらに、上記目的は、第2半導体パッケージである下記(8)〜(18)により達成される。
(8) 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板と、
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材とを有し、
前記第1補強部材の一部が前記半導体素子と接触していることを特徴とする半導体パッケージ。Further, the above object is achieved by the following (8) to (18) as the second semiconductor package.
(8) A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board comprising:
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A part of said 1st reinforcement member is contacting the said semiconductor element, The semiconductor package characterized by the above-mentioned.
(9) 前記第1補強部材は、本体部と、該本体部から前記半導体素子に向って突出するように形成された凸部とを有し、
前記凸部が前記半導体素子と接触している上記(8)に記載の半導体パッケージ。(9) The first reinforcing member has a main body portion and a convex portion formed so as to protrude from the main body portion toward the semiconductor element,
The semiconductor package according to (8), wherein the convex portion is in contact with the semiconductor element.
(10) 前記凸部の前記基板と反対側の面が、前記半導体素子の前記基板側の面と接触している上記(9)に記載の半導体パッケージ。 (10) The semiconductor package according to (9), wherein a surface of the convex portion opposite to the substrate is in contact with a surface of the semiconductor element on the substrate side.
(11) 前記第1補強部材は、板状をなしており、
前記本体部の前記基板側の面と、前記凸部の前記基板側の面とが同一面上に位置している上記(9)または(10)に記載の半導体パッケージ。(11) The first reinforcing member has a plate shape,
The semiconductor package according to (9) or (10), wherein the substrate-side surface of the main body portion and the substrate-side surface of the convex portion are located on the same surface.
(12) 前記本体部は、前記半導体素子の側端部との間に隙間を介して前記半導体素子の周囲を囲むように設けられている上記(9)ないし(11)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (12) The main body according to any one of (9) to (11), wherein the main body is provided so as to surround the periphery of the semiconductor element with a gap between the side end of the semiconductor element. Semiconductor package.
(13) 前記凸部は、前記本体部の内周部に、該本体部の全周に亘って形成されている上記(12)に記載の半導体パッケージ。 (13) The semiconductor package according to (12), wherein the convex portion is formed on an inner peripheral portion of the main body portion over the entire circumference of the main body portion.
(14) 前記凸部は、前記半導体素子の全周に亘って、該半導体素子と接触している上記(13)に記載の半導体パッケージ。 (14) The semiconductor package according to (13), wherein the convex portion is in contact with the semiconductor element over the entire circumference of the semiconductor element.
(15) 前記凸部は、前記半導体素子の角部と接触している上記(9)ないし(14)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (15) The semiconductor package according to any one of (9) to (14), wherein the convex portion is in contact with a corner portion of the semiconductor element.
(16) 前記第1補強部材は、板状をなしている上記(8)ないし(15)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (16) The semiconductor package according to any one of (8) to (15), wherein the first reinforcing member has a plate shape.
(17) 前記第1補強部材の前記基板と反対側の面と、前記半導体素子の前記基板と反対側の面とが同一面上に位置している上記(16)に記載の半導体パッケージ。 (17) The semiconductor package according to (16), wherein the surface of the first reinforcing member opposite to the substrate and the surface of the semiconductor element opposite to the substrate are located on the same surface.
(18) 前記基板の前記他方の面に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第2補強部材を有する上記(8)ないし(17)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (18) The semiconductor package according to any one of (8) to (17), further including a second reinforcing member that is bonded to the other surface of the substrate and has a smaller thermal expansion coefficient than the substrate.
また、本発明の第2半導体パッケージでは、前記第1補強部材と前記第2補強部材とを接続し、前記基板よりも熱伝導性の高い熱伝導部を有することが好ましい。 In the second semiconductor package of the present invention, it is preferable that the first reinforcing member and the second reinforcing member are connected to each other and has a heat conducting portion having higher heat conductivity than the substrate.
本発明の第2半導体パッケージでは、前記熱伝導部は、前記基板をその厚さ方向に貫通するものであることが好ましい。 In the second semiconductor package of the present invention, it is preferable that the heat conducting portion penetrates the substrate in the thickness direction.
また、本発明の第2半導体パッケージでは、前記熱伝導部は、電気信号の伝送に寄与しないものであることが好ましい。 In the second semiconductor package of the present invention, it is preferable that the heat conducting portion does not contribute to transmission of an electric signal.
さらに、上記目的は、第3半導体パッケージである下記(19)〜(27)により達成される。
(19) 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板と、
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材とを有し、
前記第1補強部材と前記半導体素子との間に隙間を有し、該隙間の全部または一部に、前記基板よりも熱伝導性の高い熱伝導性材料を充填したことを特徴とする半導体パッケージ。Further, the above object is achieved by the following (19) to (27) as the third semiconductor package.
(19) A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board comprising:
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A semiconductor package comprising a gap between the first reinforcing member and the semiconductor element, wherein all or a part of the gap is filled with a thermally conductive material having a higher thermal conductivity than the substrate. .
(20) 前記第1補強部材は、前記半導体素子の周囲を囲むように設けられている上記(19)に記載の半導体パッケージ。 (20) The semiconductor package according to (19), wherein the first reinforcing member is provided so as to surround the periphery of the semiconductor element.
(21) 前記第1補強部材は、前記半導体素子の周囲を囲み、前記半導体素子の全周に亘って前記半導体素子との間に隙間が形成されるように設けられており、
前記熱伝導性材料は、前記隙間全体に充填されている上記(19)に記載の半導体パッケージ。(21) The first reinforcing member is provided so as to surround the semiconductor element and to form a gap with the semiconductor element over the entire circumference of the semiconductor element.
The semiconductor package according to (19), wherein the thermally conductive material is filled in the entire gap.
(22) 前記熱伝導性材料の熱伝導率は、0.5〜100W/(m・K)である上記(19)ないし(21)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (22) The semiconductor package according to any one of (19) to (21), wherein the thermal conductivity of the thermal conductive material is 0.5 to 100 W / (m · K).
(23) 前記熱伝導性材料は、絶縁性を有している上記(19)ないし(22)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (23) The semiconductor package according to any one of (19) to (22), wherein the thermally conductive material has an insulating property.
(24) 前記熱伝導性材料は、樹脂組成物で構成されている上記(19)ないし(23)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (24) The semiconductor package according to any one of (19) to (23), wherein the thermally conductive material is formed of a resin composition.
(25) 前記第1補強部材は、板状をなしている上記(19)ないし(24)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (25) The semiconductor package according to any one of (19) to (24), wherein the first reinforcing member has a plate shape.
(26) 前記第1補強部材の前記基板と反対側の面と、前記半導体素子の前記基板と反対側の面とが同一面上に位置している上記(25)に記載の半導体パッケージ。 (26) The semiconductor package according to (25), wherein the surface of the first reinforcing member opposite to the substrate and the surface of the semiconductor element opposite to the substrate are located on the same surface.
(27) 前記基板の前記他方の面に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第2補強部材を有する上記(19)ないし(26)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (27) The semiconductor package according to any one of (19) to (26), further including a second reinforcing member that is bonded to the other surface of the substrate and has a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate.
また、本発明の第3半導体パッケージでは、前記第1補強部材と前記第2補強部材とを接続し、前記基板よりも熱伝導性の高い熱伝導部を有することが好ましい。 In the third semiconductor package of the present invention, it is preferable that the first reinforcing member and the second reinforcing member are connected to each other and have a heat conducting portion having higher heat conductivity than the substrate.
本発明の第3半導体パッケージでは、前記熱伝導部は、前記基板をその厚さ方向に貫通するものであることが好ましい。 In the third semiconductor package of the present invention, it is preferable that the heat conducting portion penetrates the substrate in the thickness direction.
また、本発明の第3半導体パッケージでは、前記熱伝導部は、電気信号の伝送に寄与しないものであることが好ましい。 In the third semiconductor package of the present invention, it is preferable that the heat conducting portion does not contribute to transmission of an electric signal.
さらに、上記目的は、第4半導体パッケージである下記(28)〜(38)により達成される。
(28) 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板と、
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材と、
前記第1補強部材および前記半導体素子の前記基板と反対側の面に、前記第1補強部材と前記半導体素子との間にまたがるように設置され、前記基板よりも熱伝導性の高い第1の熱伝導部とを有することを特徴とする半導体パッケージ。Further, the above object is achieved by the following (28) to (38) as the fourth semiconductor package.
(28) A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board comprising:
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
The first reinforcing member and the semiconductor element are disposed on a surface opposite to the substrate so as to straddle between the first reinforcing member and the semiconductor element, and have a first thermal conductivity higher than that of the substrate. A semiconductor package comprising a heat conducting portion.
(29) 前記第1の熱伝導部は、それ自体が放熱性を有するヒートシンクである上記(28)に記載の半導体パッケージ。 (29) The semiconductor package according to (28), wherein the first heat conducting unit is a heat sink having a heat dissipation property.
(30) 前記第1補強部材は、前記半導体素子の周囲を囲むように設けられている上記(28)または(29)に記載の半導体パッケージ。 (30) The semiconductor package according to (28) or (29), wherein the first reinforcing member is provided so as to surround a periphery of the semiconductor element.
(31) 前記第1補強部材は、前記半導体素子の側端部との間に隙間を介して前記半導体素子の周囲を囲むように設けられている上記(28)または(29)に記載の半導体パッケージ。 (31) The semiconductor according to (28) or (29), wherein the first reinforcing member is provided so as to surround the periphery of the semiconductor element through a gap between a side end portion of the semiconductor element. package.
(32) 前記第1の熱伝導部は、前記隙間を横断している部位に放熱フィンを有する上記(31)に記載の半導体パッケージ。 (32) The semiconductor package according to (31), wherein the first heat conducting unit has a heat radiation fin in a portion crossing the gap.
(33) 前記第1の熱伝導部の熱伝導率は、10〜1000W/(m・K)である上記(28)ないし(32)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (33) The semiconductor package according to any one of (28) to (32), wherein the thermal conductivity of the first thermal conduction unit is 10 to 1000 W / (m · K).
(34) 前記第1の熱伝導部は、金属材料で構成されている上記(28)ないし(33)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (34) The semiconductor package according to any one of (28) to (33), wherein the first heat conducting unit is made of a metal material.
(35) 前記第1の熱伝導部の熱膨張係数は、前記基板の熱膨張係数よりも小さい上記(28)ないし(34)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (35) The semiconductor package according to any one of (28) to (34), wherein a coefficient of thermal expansion of the first heat conducting unit is smaller than a coefficient of thermal expansion of the substrate.
(36) 前記第1補強部材は、板状をなしている上記(28)ないし(35)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (36) The semiconductor package according to any one of (28) to (35), wherein the first reinforcing member has a plate shape.
(37) 前記第1補強部材の前記基板と反対側の面と、前記半導体素子の前記基板と反対側の面とが同一面上に位置している上記(36)に記載の半導体パッケージ。 (37) The semiconductor package according to (36), wherein the surface of the first reinforcing member opposite to the substrate and the surface of the semiconductor element opposite to the substrate are located on the same surface.
(38) 前記基板の前記他方の面に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第2補強部材を有する上記(28)ないし(37)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (38) The semiconductor package according to any one of (28) to (37), further including a second reinforcing member that is bonded to the other surface of the substrate and has a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate.
また、本発明の第4半導体パッケージでは、前記第1補強部材と前記第2補強部材とを接続し、前記基板よりも熱伝導性の高い熱伝導部を有することが好ましい。 In the fourth semiconductor package of the present invention, it is preferable that the first reinforcing member and the second reinforcing member are connected to each other and have a heat conductive portion having higher heat conductivity than the substrate.
本発明の第4半導体パッケージでは、前記熱伝導部は、前記基板をその厚さ方向に貫通するものであることが好ましい。 In the fourth semiconductor package of the present invention, it is preferable that the heat conducting portion penetrates the substrate in the thickness direction.
また、本発明の第4半導体パッケージでは、前記熱伝導部は、電気信号の伝送に寄与しないものであることが好ましい。 In the fourth semiconductor package of the present invention, it is preferable that the heat conducting portion does not contribute to transmission of an electric signal.
このような目的は、第5半導体パッケージである下記(39)〜(46)により達成される。
(39) 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板と、
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される板状の半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい板状の補強部材とを有し、
前記補強部材の前記基板と反対側の面が前記半導体素子の前記基板と反対側の面と同一面上またはそれよりも前記基板側に位置していることを特徴とする半導体パッケージ。Such an object is achieved by the following (39) to (46) as the fifth semiconductor package.
(39) A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board comprising:
A plate-like semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A plate-like reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
The semiconductor package, wherein the surface of the reinforcing member opposite to the substrate is located on the same surface as the surface of the semiconductor element opposite to the substrate or closer to the substrate.
(40) 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板と、
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材と、
前記基板の前記他方の面に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第2補強部材とを有し、
前記第1補強部材の前記基板と反対側の面が前記半導体素子の前記基板と反対側の面と同一面上またはそれよりも前記基板側に位置していることを特徴とする半導体パッケージ。(40) A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board comprising:
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A second reinforcing member bonded to the other surface of the substrate and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A semiconductor package, wherein a surface of the first reinforcing member opposite to the substrate is located on the same surface as the surface of the semiconductor element opposite to the substrate or closer to the substrate.
(41) 前記第1補強部材の厚さが前記半導体素子の厚さと同等またはそれ以下である上記(40)に記載の半導体パッケージ。 (41) The semiconductor package according to (40), wherein a thickness of the first reinforcing member is equal to or less than a thickness of the semiconductor element.
(42) 前記第1補強部材は、前記半導体素子の周囲を囲むように枠状をなしている上記(40)または(41)に記載の半導体パッケージ。 (42) The semiconductor package according to (40) or (41), wherein the first reinforcing member has a frame shape so as to surround the periphery of the semiconductor element.
(43) 前記第1補強部材の内側の側面は、前記半導体素子の側面との間の隙間の幅が前記基板側に向けて漸減するように傾斜している上記(42)に記載の半導体パッケージ。 (43) The semiconductor package according to (42), wherein an inner side surface of the first reinforcing member is inclined so that a width of a gap between the first reinforcing member and the side surface of the semiconductor element gradually decreases toward the substrate side. .
(44) 前記第1補強部材は、その外側から内側に向けて厚さが漸減している上記(42)または(43)に記載の半導体パッケージ。 (44) The semiconductor package according to (42) or (43), wherein the thickness of the first reinforcing member gradually decreases from the outside toward the inside.
(45) 前記第1補強部材および前記第2補強部材の熱膨張係数は、それぞれ、0.5ppm/℃以上10ppm/℃以下である上記(40)ないし(44)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (45) The semiconductor package according to any one of (40) to (44), wherein each of the first reinforcing member and the second reinforcing member has a thermal expansion coefficient of 0.5 ppm / ° C. or more and 10 ppm / ° C. or less. .
(46) 前記第1補強部材および前記第2補強部材は、それぞれ、前記半導体素子との熱膨張係数差が7ppm/℃以下である上記(40)ないし(45)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (46) The semiconductor package according to any one of (40) to (45), wherein each of the first reinforcing member and the second reinforcing member has a difference in thermal expansion coefficient from the semiconductor element of 7 ppm / ° C. or less. .
上記目的は、下記(47)〜(54)の本発明の第6半導体パッケージにより達成される。
(47) 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板と、
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材と、
前記基板の前記他方の面に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第2補強部材とを有し、
前記第1補強部材の熱膨張係数と前記第2補強部材の熱膨張係数とが互いに異なることを特徴とする半導体パッケージ。The above object is achieved by the sixth semiconductor package of the present invention as described below in (47) to (54).
(47) A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board comprising:
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A second reinforcing member bonded to the other surface of the substrate and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A semiconductor package, wherein a thermal expansion coefficient of the first reinforcing member and a thermal expansion coefficient of the second reinforcing member are different from each other.
(48) 前記第1補強部材の熱膨張係数と前記第2補強部材の熱膨張係数との差は、前記基板の熱膨張または熱収縮に伴う反りを防止または抑制するように設定されている上記(47)に記載の半導体パッケージ。 (48) The difference between the thermal expansion coefficient of the first reinforcing member and the thermal expansion coefficient of the second reinforcing member is set so as to prevent or suppress warpage associated with thermal expansion or thermal contraction of the substrate. (47) The semiconductor package according to (47).
(49) 前記第1補強部材の熱膨張係数は、前記第2補強部材の熱膨張係数よりも大きい上記(47)または(48)に記載の半導体パッケージ。 (49) The semiconductor package according to (47) or (48), wherein a thermal expansion coefficient of the first reinforcing member is larger than a thermal expansion coefficient of the second reinforcing member.
(50) 前記第1補強部材および前記第2補強部材の熱膨張係数は、それぞれ、0.5ppm/℃以上10ppm/℃以下である上記(47)ないし(49)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (50) The semiconductor package according to any one of (47) to (49), wherein the thermal expansion coefficients of the first reinforcing member and the second reinforcing member are 0.5 ppm / ° C. or more and 10 ppm / ° C. or less, respectively. .
(51) 前記第1補強部材および前記第2補強部材は、それぞれ、前記半導体素子との熱膨張係数差が7ppm/℃以下である上記(47)ないし(50)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (51) The semiconductor package according to any one of (47) to (50), wherein each of the first reinforcing member and the second reinforcing member has a difference in thermal expansion coefficient from the semiconductor element of 7 ppm / ° C. or less. .
(52) 前記第1補強部材および前記第2補強部材のうちの少なくとも一方は、Fe−Ni系合金で構成されている上記(47)ないし(51)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (52) The semiconductor package according to any one of (47) to (51), wherein at least one of the first reinforcing member and the second reinforcing member is made of an Fe—Ni-based alloy.
(53) 前記第1補強部材は、前記半導体素子の周囲を囲むように設けられている上記(48)ないし(52)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (53) The semiconductor package according to any one of (48) to (52), wherein the first reinforcing member is provided so as to surround a periphery of the semiconductor element.
(54) 前記第1補強部材および前記第2補強部材は、それぞれ、板状をなしている上記(48)ないし(53)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (54) The semiconductor package according to any one of (48) to (53), wherein each of the first reinforcing member and the second reinforcing member has a plate shape.
上記目的は、下記(55)〜(64)の本発明の第7半導体パッケージにより達成される。
(55) 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板と、
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材と、
前記基板の前記他方の面に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第2補強部材とを有し、
前記第1補強部材の平均厚さと前記第2補強部材の平均厚さとが異なることを特徴とする半導体パッケージ。The above object is achieved by the seventh semiconductor package of the present invention as described in (55) to (64) below.
(55) A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board comprising:
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A second reinforcing member bonded to the other surface of the substrate and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
The semiconductor package according to
(56) 前記第1補強部材の平均厚さは、前記第2補強部材の平均厚さよりも厚い上記(55)に記載の半導体パッケージ。 (56) The semiconductor package according to (55), wherein an average thickness of the first reinforcing member is thicker than an average thickness of the second reinforcing member.
(57) 前記第1補強部材の平均厚さをt1、前記第2補強部材の平均厚さをt2としたとき、t1/t2は、1.1〜40である上記(56)に記載の半導体パッケージ。 (57) The semiconductor according to (56), wherein t1 / t2 is 1.1 to 40, where t1 is an average thickness of the first reinforcing member and t2 is an average thickness of the second reinforcing member. package.
(58) 前記第2補強部材の平均厚さは、前記第1補強部材の平均厚さよりも厚い上記(55)に記載の半導体パッケージ。 (58) The semiconductor package according to (55), wherein an average thickness of the second reinforcing member is thicker than an average thickness of the first reinforcing member.
(59) 前記第1補強部材の平均厚さをt1、前記第2補強部材の平均厚さをt2としたとき、t1/t2は、0.02〜0.98である上記(58)に記載の半導体パッケージ。 (59) In the above (58), when the average thickness of the first reinforcing member is t1, and the average thickness of the second reinforcing member is t2, t1 / t2 is 0.02 to 0.98. Semiconductor package.
(60) 前記第1補強部材および前記第2補強部材の平均厚さは、それぞれ、0.02mm以上0.8mm以下である上記(55)ないし(56)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (60) The semiconductor package according to any one of (55) to (56), wherein an average thickness of each of the first reinforcing member and the second reinforcing member is 0.02 mm to 0.8 mm.
(61) 前記第1補強部材の構成材料と前記第2補強部材の構成材料とが同一である上記(55)ないし(60)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (61) The semiconductor package according to any one of (55) to (60), wherein the constituent material of the first reinforcing member and the constituent material of the second reinforcing member are the same.
(62) 前記第1補強部材および前記第2補強部材のうちの少なくとも一方は、Fe−Ni系合金で構成されている上記(55)ないし(61)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (62) The semiconductor package according to any one of (55) to (61), wherein at least one of the first reinforcing member and the second reinforcing member is made of an Fe—Ni alloy.
(63) 前記第1補強部材は、前記半導体素子の周囲を囲むように設けられている上記(55)ないし(62)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (63) The semiconductor package according to any one of (55) to (62), wherein the first reinforcing member is provided so as to surround a periphery of the semiconductor element.
(64) 前記第1補強部材および前記第2補強部材は、それぞれ、板状をなしている上記(55)ないし(63)のいずれかに記載の半導体パッケージ。 (64) The semiconductor package according to any one of (55) to (63), wherein each of the first reinforcing member and the second reinforcing member has a plate shape.
また、本発明の第7半導体パッケージでは、前記第1補強部材と前記第2補強部材とを接続し、前記基板よりも熱伝導性の高い熱伝導部を有することが好ましい。 In the seventh semiconductor package of the present invention, it is preferable that the first reinforcing member and the second reinforcing member are connected to each other and has a heat conducting portion having higher heat conductivity than the substrate.
本発明の第7半導体パッケージでは、前記熱伝導部は、前記基板をその厚さ方向に貫通するものであることが好ましい。 In the seventh semiconductor package of the present invention, it is preferable that the heat conducting portion penetrates the substrate in the thickness direction.
また、本発明の第7半導体パッケージでは、前記熱伝導部は、電気信号の伝送に寄与しないものであることが好ましい。 In the seventh semiconductor package of the present invention, it is preferable that the heat conducting part does not contribute to transmission of an electric signal.
さらに、上記目的を達成するために、本発明は上記第1〜第7半導体パッケージを備えることを特徴とする半導体装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device comprising the first to seventh semiconductor packages.
本発明の第1半導体パッケージによれば、半導体素子と接合された部分以外の部分においても、配線基板(インターポーザ)の両面が第1補強部材および第2補強部材により補強されるため、半導体パッケージ全体の剛性が増す。特に、第1補強部材および第2補強部材の熱膨張係数がそれぞれ基板よりも小さいため、半導体素子が配線基板の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りを抑制または防止することができ、その結果、半導体素子と基板を接続する金属バンプの接続信頼性、基板内部の導体パターン・導体ポストの接続信頼性、および、基板とマザーボードを接続する金属バンプの接続信頼性を向上させる。 According to the first semiconductor package of the present invention, since both surfaces of the wiring board (interposer) are reinforced by the first reinforcing member and the second reinforcing member even in a portion other than the portion bonded to the semiconductor element, the entire semiconductor package is provided. Increased rigidity. In particular, since the thermal expansion coefficients of the first reinforcing member and the second reinforcing member are smaller than those of the substrate, the heat generated between the wiring substrate and the semiconductor element is the same as when the semiconductor element is provided over the entire surface of the wiring substrate. It is possible to suppress or prevent the warping of the wiring board due to the difference in expansion coefficient. As a result, the connection reliability of the metal bump connecting the semiconductor element and the board, the connection reliability of the conductor pattern / conductor post inside the board, and Improve the connection reliability of metal bumps that connect the board and motherboard.
また、配線基板自体の剛性を高める必要がなく、配線基板の厚さを薄くすることができるので、配線基板の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、本発明の半導体パッケージは、半導体素子からの熱を配線基板を介して逃すことができ、放熱性に優れる。また、半導体素子および配線基板の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りを抑制または防止することができる。 Further, it is not necessary to increase the rigidity of the wiring board itself, and the thickness of the wiring board can be reduced, so that the thermal conductivity in the thickness direction of the wiring board can be increased. Therefore, the semiconductor package of the present invention can release heat from the semiconductor element through the wiring board, and is excellent in heat dissipation. Further, since the temperature rise of the semiconductor element and the wiring board can be suppressed, the warping of the wiring board due to the difference in thermal expansion coefficient between the wiring board and the semiconductor element can also be suppressed or prevented.
本発明の第2の半導体パッケージによれば、半導体素子と接合された部分以外の部分においても、配線基板(インターポーザ)の一方の面が第1補強部材により補強されるため、半導体パッケージ全体の剛性が増す。特に、第1補強部材の熱膨張係数が基板よりも小さいため、半導体素子が配線基板の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りを抑制または防止することができる。 According to the second semiconductor package of the present invention, since one surface of the wiring board (interposer) is reinforced by the first reinforcing member even in a portion other than the portion joined to the semiconductor element, the rigidity of the entire semiconductor package is increased. Increase. In particular, since the thermal expansion coefficient of the first reinforcing member is smaller than that of the substrate, the semiconductor element is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the wiring substrate and the semiconductor element, similarly to the case where the semiconductor element is provided over the entire surface of the wiring substrate. The warping of the wiring board can be suppressed or prevented.
また、本発明の第2半導体パッケージでは、第1補強部材の一部が半導体素子と接触しているので、半導体素子からの熱を第1補強部材へ効率的に伝達し、その第1補強部材を介して逃がすことができ、放熱性に優れる。また、第1補強部材を設けることにより、配線基板自体の剛性を高める必要がなく、配線基板の厚さを薄くすることができるので、配線基板の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、本発明の半導体パッケージは、半導体素子からの熱を配線基板を介して逃すことができ、放熱性に優れる。また、半導体素子および配線基板の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りを抑制または防止することができる。 Further, in the second semiconductor package of the present invention, since a part of the first reinforcing member is in contact with the semiconductor element, the heat from the semiconductor element is efficiently transferred to the first reinforcing member, and the first reinforcing member It is possible to escape through the air and has excellent heat dissipation. Further, by providing the first reinforcing member, it is not necessary to increase the rigidity of the wiring board itself, and the thickness of the wiring board can be reduced, so that the thermal conductivity in the thickness direction of the wiring board can be increased. it can. Therefore, the semiconductor package of the present invention can release heat from the semiconductor element through the wiring board, and is excellent in heat dissipation. Further, since the temperature rise of the semiconductor element and the wiring board can be suppressed, the warping of the wiring board due to the difference in thermal expansion coefficient between the wiring board and the semiconductor element can also be suppressed or prevented.
本発明の第3半導体パッケージによれば、半導体素子と接合された部分以外の部分においても、配線基板(インターポーザ)の一方の面が第1補強部材により補強されるため、半導体パッケージ全体の剛性が増す。特に、第1補強部材の熱膨張係数が基板よりも小さいため、半導体素子が配線基板の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りを抑制または防止することができる。 According to the third semiconductor package of the present invention, since one surface of the wiring board (interposer) is reinforced by the first reinforcing member even in a portion other than the portion joined to the semiconductor element, the rigidity of the entire semiconductor package is increased. Increase. In particular, since the thermal expansion coefficient of the first reinforcing member is smaller than that of the substrate, the semiconductor element is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the wiring substrate and the semiconductor element, similarly to the case where the semiconductor element is provided over the entire surface of the wiring substrate. The warping of the wiring board can be suppressed or prevented.
また、第1補強部材と半導体素子との間の隙間に、基板よりも熱伝導性の高い熱伝導性材料が充填されているので、半導体素子からの熱を熱伝導性材料を介して第1補強部材へ効率的に伝達し、その第1補強部材を介して逃がすことができ、放熱性に優れる。また、第1補強部材を設けることにより、配線基板自体の剛性を高める必要がなく、配線基板の厚さを薄くすることができるので、配線基板の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、本発明の第3半導体パッケージは、半導体素子からの熱を配線基板を介して逃すことができ、放熱性に優れる。また、半導体素子および配線基板の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りを抑制または防止することができる。 In addition, since the gap between the first reinforcing member and the semiconductor element is filled with the heat conductive material having higher heat conductivity than the substrate, the heat from the semiconductor element is transferred to the first through the heat conductive material. The heat can be efficiently transmitted to the reinforcing member and can be released through the first reinforcing member, and the heat dissipation is excellent. Further, by providing the first reinforcing member, it is not necessary to increase the rigidity of the wiring board itself, and the thickness of the wiring board can be reduced, so that the thermal conductivity in the thickness direction of the wiring board can be increased. it can. Therefore, the third semiconductor package of the present invention can release heat from the semiconductor element through the wiring board, and is excellent in heat dissipation. Further, since the temperature rise of the semiconductor element and the wiring board can be suppressed, the warping of the wiring board due to the difference in thermal expansion coefficient between the wiring board and the semiconductor element can also be suppressed or prevented.
本発明の第4半導体パッケージによれば、半導体素子と接合された部分以外の部分においても、配線基板(インターポーザ)の一方の面が第1補強部材により補強されるため、半導体パッケージ全体の剛性が増す。特に、第1補強部材の熱膨張係数が基板よりも小さいため、半導体素子が配線基板の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りを抑制または防止することができる。 According to the fourth semiconductor package of the present invention, since one surface of the wiring board (interposer) is reinforced by the first reinforcing member even in a portion other than the portion joined to the semiconductor element, the rigidity of the entire semiconductor package is increased. Increase. In particular, since the thermal expansion coefficient of the first reinforcing member is smaller than that of the substrate, the semiconductor element is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the wiring substrate and the semiconductor element, similarly to the case where the semiconductor element is provided over the entire surface of the wiring substrate. The warping of the wiring board can be suppressed or prevented.
また、第1補強部材と半導体素子との間にまたがるように設置され、基板よりも熱伝導性の高い第1の熱伝導部を有しているので、半導体素子からの熱を第1の熱伝導部を介して第1補強部材へ効率的に伝達し、その第1補強部材を介して逃がすことができ、放熱性に優れる。また、第1補強部材を設けることにより、配線基板自体の剛性を高める必要がなく、配線基板の厚さを薄くすることができるので、配線基板の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、本発明の第4半導体パッケージは、半導体素子からの熱を配線基板を介して逃すことができ、放熱性に優れる。また、半導体素子および配線基板の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りを抑制または防止することができる。 Moreover, since it has the 1st heat conduction part which is installed so that it may straddle between a 1st reinforcement member and a semiconductor element, and has heat conductivity higher than a board | substrate, the heat | fever from a semiconductor element is 1st heat The heat can be efficiently transmitted to the first reinforcing member via the conductive portion and can be released via the first reinforcing member, and the heat dissipation is excellent. Further, by providing the first reinforcing member, it is not necessary to increase the rigidity of the wiring board itself, and the thickness of the wiring board can be reduced, so that the thermal conductivity in the thickness direction of the wiring board can be increased. it can. Therefore, the fourth semiconductor package of the present invention can release heat from the semiconductor element through the wiring board, and is excellent in heat dissipation. Further, since the temperature rise of the semiconductor element and the wiring board can be suppressed, the warping of the wiring board due to the difference in thermal expansion coefficient between the wiring board and the semiconductor element can also be suppressed or prevented.
本発明の第5半導体パッケージによれば、半導体素子と接合された部分以外の部分においても、配線基板(インターポーザ)が補強部材により補強されるため、半導体パッケージ全体の剛性が増す。これにより、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りを抑制または防止することができる。 According to the fifth semiconductor package of the present invention, since the wiring board (interposer) is reinforced by the reinforcing member also in the portion other than the portion joined to the semiconductor element, the rigidity of the entire semiconductor package is increased. Thereby, the curvature of the wiring board resulting from the thermal expansion coefficient difference of a wiring board and a semiconductor element can be suppressed or prevented.
また、配線基板自体の剛性を高める必要がなく、配線基板の厚さを薄くすることができるので、配線基板の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、本発明の第5半導体パッケージは、半導体素子からの熱を配線基板を介して逃すことができ、放熱性に優れる。 Further, it is not necessary to increase the rigidity of the wiring board itself, and the thickness of the wiring board can be reduced, so that the thermal conductivity in the thickness direction of the wiring board can be increased. Therefore, the fifth semiconductor package of the present invention can release heat from the semiconductor element through the wiring board, and is excellent in heat dissipation.
また、補強部材(第1補強部材)の厚さが半導体素子の厚さと同等またはそれ以下であるため、半導体パッケージを製造する際に、配線基板上に補強部材を接合した状態で半導体素子を設置する場合、その半導体素子の設置(マウント作業)の作業性が優れたものとなる。 Further, since the thickness of the reinforcing member (first reinforcing member) is equal to or less than the thickness of the semiconductor element, the semiconductor element is installed in a state where the reinforcing member is bonded onto the wiring board when manufacturing the semiconductor package. In this case, the workability of installation (mounting operation) of the semiconductor element is excellent.
このようなことから、本発明の第5半導体パッケージは、製造時の作業性を優れたものとするとともに、半導体素子の熱による不具合の発生を防止することができる。 For this reason, the fifth semiconductor package of the present invention has excellent workability at the time of manufacture and can prevent the occurrence of defects due to heat of the semiconductor element.
本発明の第6半導体パッケージによれば、第1補強部材と第2補強部材との熱膨張係数差に起因して配線基板に作用する力により、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因して配線基板に作用する力を相殺または緩和させることができる。そのため、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りを抑制または防止することができる。 According to the sixth semiconductor package of the present invention, the force acting on the wiring board due to the difference in thermal expansion coefficient between the first reinforcing member and the second reinforcing member causes the difference in thermal expansion coefficient between the wiring board and the semiconductor element. Due to this, the force acting on the wiring board can be offset or alleviated. Therefore, it is possible to suppress or prevent the warpage of the wiring board due to the difference in thermal expansion coefficient between the wiring board and the semiconductor element.
本発明の第7半導体パッケージによれば、半導体素子と接合された部分以外の部分においても、配線基板(インターポーザ)の一方の面が第1補強部材により補強され、他方の面が第2補強部材により補強されるため、半導体パッケージ全体の剛性が増す。特に、第1補強部材および第2補強部材の熱膨張係数がそれぞれ基板よりも小さいため、半導体素子が配線基板の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りを抑制または防止することができる。そして、第1補強部材の平均厚さと第2補強部材の平均厚さとを異ならせることで、第1補強部材が配線基板に与える熱膨張の影響と第2補強部材が配線基板に与える熱膨張の影響とに差を生じさせることにより、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りをさらに抑制または防止することができる。 According to the seventh semiconductor package of the present invention, one surface of the wiring board (interposer) is reinforced by the first reinforcing member and the other surface is the second reinforcing member also in a portion other than the portion bonded to the semiconductor element. Therefore, the rigidity of the entire semiconductor package is increased. In particular, since the thermal expansion coefficients of the first reinforcing member and the second reinforcing member are smaller than those of the substrate, the heat generated between the wiring substrate and the semiconductor element is the same as when the semiconductor element is provided over the entire surface of the wiring substrate. It is possible to suppress or prevent the warping of the wiring board due to the difference in expansion coefficient. Then, by making the average thickness of the first reinforcing member different from the average thickness of the second reinforcing member, the influence of the thermal expansion that the first reinforcing member gives to the wiring board and the thermal expansion that the second reinforcing member gives to the wiring board. By causing a difference in influence, it is possible to further suppress or prevent the warpage of the wiring board due to the difference in thermal expansion coefficient between the wiring board and the semiconductor element.
また、配線基板自体の剛性を高める必要がなく、配線基板の厚さを薄くすることができるので、配線基板の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、本発明の第7半導体パッケージは、半導体素子からの熱を配線基板を介して逃すことができ、放熱性に優れる。また、半導体素子および配線基板の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板と半導体素子との熱膨張係数差に起因する配線基板の反りを抑制または防止することができる。 Further, it is not necessary to increase the rigidity of the wiring board itself, and the thickness of the wiring board can be reduced, so that the thermal conductivity in the thickness direction of the wiring board can be increased. Therefore, the seventh semiconductor package of the present invention can release heat from the semiconductor element through the wiring board, and is excellent in heat dissipation. Further, since the temperature rise of the semiconductor element and the wiring board can be suppressed, the warping of the wiring board due to the difference in thermal expansion coefficient between the wiring board and the semiconductor element can also be suppressed or prevented.
また、本発明の半導体装置によれば、前述したような半導体パッケージを備えるので、信頼性に優れる。 Moreover, according to the semiconductor device of the present invention, since the semiconductor package as described above is provided, the reliability is excellent.
以下、添付図面に基づき、本発明の半導体パッケージおよび半導体装置の好適な実施形態について説明する。
まず、第1の半導体パッケージについて説明する。DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor package and a semiconductor device of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, the first semiconductor package will be described.
<第1実施形態>
(半導体パッケージ)
まず、本発明の半導体パッケージを説明する。<First Embodiment>
(Semiconductor package)
First, the semiconductor package of the present invention will be described.
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図、図2は、図1に示す半導体パッケージを示す上面図、図3は、図1に示す半導体パッケージを示す下面図、図4は、図1に示す半導体パッケージの製造方法の一例を示す図である。
なお、以下の説明では、説明の便宜上、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図1ないし4では、それぞれ、説明の便宜上、半導体パッケージの各部が誇張して描かれている。1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view showing the semiconductor package shown in FIG. 1, and FIG. 3 shows the semiconductor package shown in FIG. FIG. 4 is a bottom view and FIG. 4 is a view showing an example of a method for manufacturing the semiconductor package shown in FIG.
In the following description, for convenience of description, the upper side in FIG. 1 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”. Further, in FIGS. 1 to 4, each part of the semiconductor package is exaggerated for convenience of explanation.
図1に示すように、半導体パッケージ1は、配線基板2と、この配線基板2上に搭載された半導体素子3と、第1補強部材4と、第2補強部材5とを有する。
As shown in FIG. 1, the
このような半導体パッケージ1によれば、半導体素子3と接合された部分以外の部分においても、配線基板2の両面が第1補強部材4および第2補強部材5により補強されるため、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。特に、第1補強部材4および第2補強部材5の熱膨張係数が配線基板2(具体的には後述する基板21)よりも小さいため、半導体素子3が配線基板2の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
According to such a
また、配線基板2自体の剛性を高める必要がなく、配線基板2の厚さを薄くすることができるので、配線基板2の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、半導体パッケージ1は、半導体素子3からの熱を配線基板2を介して逃すことができ、放熱性に優れる。また、第1補強部材4および第2補強部材5の構成材料を適宜選択することにより、半導体パッケージ1の放熱性を高めることもできる。
Further, it is not necessary to increase the rigidity of the
このようなことから、半導体素子3および配線基板2の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
For this reason, since the temperature rise of the
以下、半導体パッケージ1の各部を順次詳細に説明する。
[配線基板]
配線基板2は、半導体素子3を支持する基板であり、例えば、その搭載した半導体素子3と後述するようなマザーボード200との電気的接続を中継する中継基板(インターポーザ)である。また、配線基板2は、その平面視形状は、通常、正方形、長方形等の四角形とされる。Hereinafter, each part of the
[Wiring board]
The
配線基板2は、基板21と、導体パターン221、222、223、224と、導体ポスト231、232、233、234と、伝熱ポスト24とを有している。
The
なお、本実施形態では、導体パターン221は、基板21の一方の面側に設けられた第1導体パターンを構成し、導体パターン224は、基板21の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンを構成する。
In this embodiment, the
基板21は、複数(本実施形態では5層)の絶縁層211、212、213、214、215で構成されている。より具体的には、基板21は、絶縁層211、絶縁層212、絶縁層213、絶縁層214、絶縁層215がこの順で積層されて構成されている。なお、基板21を構成する絶縁層の数は、これに限定されず、1〜4層であってもよいし、6層以上であってもよい。
The
各絶縁層211、212、213、214、215は、絶縁性を有する材料で構成されている。
Each of the insulating
具体的には、各絶縁層211、212、213、214、215は、基材(繊維基材)と、その基材に含浸された樹脂組成物とで構成されている。
Specifically, each insulating
基材は、各絶縁層211、212、213、214、215の芯材として用いられるものである。このような基材を有することにより、基板21の剛性を高めることができる。
A base material is used as a core material of each insulating layer 211,212,213,214,215. By having such a base material, the rigidity of the
基材としては、例えば、ガラス織布、ガラス不織布等のガラス繊維で構成されたガラス繊維基材、ポリアミド樹脂繊維、芳香族ポリアミド樹脂繊維、全芳香族ポリアミド樹脂繊維等のポリアミド系樹脂繊維、ポリエステル樹脂繊維、芳香族ポリエステル樹脂繊維、全芳香族ポリエステル樹脂繊維等のポリエステル系樹脂繊維、ポリイミド樹脂繊維、フッ素樹脂繊維等を主成分とする織布または不織布で構成される合成繊維基材、クラフト紙、コットンリンター紙、リンターとクラフトパルプの混抄紙等を主成分とする紙基材等が挙げられる。これらの中でも、かかる基材としては、ガラス繊維基材が好ましい。これにより、基板21の剛性を高めるとともに、基板21の薄型化を図ることができる。さらに、基板21の熱膨張係数も小さくすることができる。
Examples of the base material include glass fiber base materials composed of glass fibers such as glass woven fabrics and glass nonwoven fabrics, polyamide resin fibers such as polyamide resin fibers, aromatic polyamide resin fibers, wholly aromatic polyamide resin fibers, and polyesters. Synthetic fiber base material, kraft paper composed of woven fabric or non-woven fabric mainly composed of resin fiber, aromatic polyester resin fiber, polyester resin fiber such as wholly aromatic polyester resin fiber, polyimide resin fiber, fluororesin fiber, etc. And paper base materials mainly composed of cotton linter paper, mixed paper of linter and kraft pulp, and the like. Among these, as such a base material, a glass fiber base material is preferable. Thereby, the rigidity of the
このようなガラス繊維基材を構成するガラスとしては、例えば、Eガラス、Cガラス、Aガラス、Sガラス、Dガラス、NEガラス、Tガラス、Hガラス等が挙げられる。これらの中でもTガラスが好ましい。これにより、ガラス繊維基材の熱膨張係数を小さくすることができ、それによって基板21の熱膨張係数を小さくすることができる。
As glass which comprises such a glass fiber base material, E glass, C glass, A glass, S glass, D glass, NE glass, T glass, H glass etc. are mentioned, for example. Among these, T glass is preferable. Thereby, the thermal expansion coefficient of a glass fiber base material can be made small, and, thereby, the thermal expansion coefficient of the board |
また、絶縁層211、212、213、214、215が基材を含む場合、絶縁層211、212、213、214、215における基材の含有率は、それぞれ、30〜70wt%であることが好ましく、40〜60wt%であることがより好ましい。これにより、これらの絶縁層のひび割れ等の破損を確実に防ぎつつ、各絶縁層の電気絶縁性および熱膨張係数を十分に低いものとすることができる。なお、絶縁層211、212、213、214、215のうちの少なくとも1層は、基材を含まずに樹脂組成物のみで構成されていてもよい。
When the insulating
このような基材に含浸される樹脂組成物は、樹脂材料が含まれている。かかる樹脂材料としては、熱硬化性樹脂が好適に用いられる。 The resin composition impregnated in such a base material contains a resin material. As such a resin material, a thermosetting resin is preferably used.
前記熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、未変性のレゾールフェノール樹脂、桐油、アマニ油、クルミ油等で変性した油変性レゾールフェノール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂、ビスフェノールAエポキシ樹脂、ビスフェノールFエポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、シアネート樹脂、ユリア(尿素)樹脂、メラミン樹脂等のトリアジン環を有する樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾオキサジン環を有する樹脂、シアネートエステル樹脂等が挙げられる。 Examples of the thermosetting resin include an oil-modified resole modified with a novolak-type phenol resin such as a phenol novolak resin, a cresol novolak resin, a bisphenol A novolak resin, an unmodified resole phenol resin, tung oil, linseed oil, walnut oil, and the like. Phenol resin such as phenolic resin, bisphenol type epoxy resin such as bisphenol A epoxy resin, bisphenol F epoxy resin, novolac epoxy resin, novolac epoxy resin such as cresol novolac epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, etc. Epoxy resin, cyanate resin, urea (urea) resin, resin having triazine ring such as melamine resin, unsaturated polyester resin, bismaleimide resin, polyurethane resin, diallyl phthalate DOO resins, silicone resins, resins having a benzoxazine ring, cyanate ester resins.
これらの中でも、特に、シアネート樹脂が好ましい。これにより、基板21の熱膨張係数を十分に小さくすることができる。さらに、基板21の電気特性(低誘電率、低誘電正接等)を優れたものとすることができる。
Among these, a cyanate resin is particularly preferable. Thereby, the thermal expansion coefficient of the board |
また、前記樹脂組成物は、フィラーを含むのが好ましい。すなわち、絶縁層211、212、213、214、215は、それぞれ、フィラーを含むことが好ましい。これにより、絶縁層211、212、213、214、215の熱膨張係数を低くすることができる。
Moreover, it is preferable that the said resin composition contains a filler. That is, each of the insulating
前記フィラーとしては、各種無機フィラーまたは有機フィラーが挙げられる。
無機フィラー(無機充填材)としては、例えば、シリカ、アルミナ、ケイ藻土、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、金属フェライト等の酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水酸化物、炭酸カルシウム(軽質、重質)、炭酸マグネシウム、ドロマイト、ドーソナイト等の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸アンモニウム、亜硫酸カルシウム等の硫酸塩または亜硫酸塩、タルク、マイカ、クレー、ガラス繊維、ケイ酸カルシウム、モンモリロナイト、ベントナイト等のケイ酸塩、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維等の炭素、その他鉄粉、銅粉、アルミニウム粉、亜鉛華、硫化モリブデン、ボロン繊維、チタン酸カリウム、チタン酸ジルコン酸鉛が挙げられる。Examples of the filler include various inorganic fillers or organic fillers.
Examples of the inorganic filler (inorganic filler) include oxides such as silica, alumina, diatomaceous earth, titanium oxide, iron oxide, zinc oxide, magnesium oxide and metal ferrite, and hydroxide such as aluminum hydroxide and magnesium hydroxide. , Calcium carbonate (light, heavy), carbonates such as magnesium carbonate, dolomite, and dawsonite, sulfates or sulfites such as calcium sulfate, barium sulfate, ammonium sulfate, calcium sulfite, talc, mica, clay, glass fiber, silica Silicates such as calcium oxide, montmorillonite, bentonite, borate such as zinc borate, barium metaborate, aluminum borate, calcium borate, sodium borate, carbon black, graphite, carbon fiber and other iron Powder, copper powder, aluminum powder, zinc white, sulfide Ribuden, boron fiber, potassium titanate, and a lead zirconate titanate.
また、有機フィラーとしては、合成樹脂粉末が挙げられる。この合成樹脂粉末としては、例えば、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル、アクリル樹脂、アセタール樹脂、ポリエチレン、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の各種熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の粉末、またはこれらの樹脂の共重合体の粉末が挙げられる。また、有機フィラーの他の例としては、芳香族または脂肪族ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維等が挙げられる。 Moreover, synthetic resin powder is mentioned as an organic filler. Examples of the synthetic resin powder include alkyd resin, epoxy resin, silicone resin, phenol resin, polyester, acrylic resin, acetal resin, polyethylene, polyether, polycarbonate, polyamide, polysulfone, polystyrene, polyvinyl chloride, fluororesin, and polypropylene. And various thermosetting resins such as ethylene-vinyl acetate copolymers or powders of thermoplastic resins, or powders of copolymers of these resins. Other examples of organic fillers include aromatic or aliphatic polyamide fibers, polypropylene fibers, polyester fibers, and aramid fibers.
前述したようなフィラーの中でも、無機フィラーを用いるのが好ましい。これにより、絶縁層211、212、213、214、215の熱膨張係数を効果的に低めることができる。また、絶縁層211、212、213、214、215の伝熱性を高めることもできる。
Among the fillers as described above, it is preferable to use an inorganic filler. Thereby, the thermal expansion coefficient of the insulating
特に、無機フィラーの中でも、シリカが好ましく、溶融シリカ(特に球状溶融シリカ)が低熱膨張性に優れる点で好ましい。 In particular, among inorganic fillers, silica is preferable, and fused silica (particularly spherical fused silica) is preferable in terms of excellent low thermal expansion.
無機フィラーの平均粒子径は、特に限定されないが、0.05〜2.0μmが好ましく、特に0.1〜1.0μmが好ましい。これにより、絶縁層211、212、213、214、215中で、無機フィラーは、より均一に分散することができ、絶縁層211、212、213、214、215の物理的強度および絶縁性を特に優れたものとすることができる。
Although the average particle diameter of an inorganic filler is not specifically limited, 0.05-2.0 micrometers is preferable and especially 0.1-1.0 micrometer is preferable. As a result, the inorganic filler can be more uniformly dispersed in the insulating
なお、上記無機フィラーの平均粒子径は、例えば、粒度分布計(HORIBA製、LA−500)により測定することができる。また、本明細書において、平均粒子径とは、体積基準での平均粒子径を指す。 In addition, the average particle diameter of the said inorganic filler can be measured with a particle size distribution meter (product made from HORIBA, LA-500), for example. Moreover, in this specification, an average particle diameter refers to the average particle diameter on a volume basis.
絶縁層211、212、213、214、215における無機充填材の含有量は、それぞれ、特に限定されないが、基材を除く樹脂組成物を100wt%としたときに、30〜80wt%が好ましく、特に45〜75wt%が好ましい。含有量が前記範囲内であると、絶縁層211、212、213、214、215は、熱膨張係数が十分に低く、吸湿性が特に低いものとなる。
The content of the inorganic filler in the insulating
また、前記樹脂組成物は、前述した熱硬化性樹脂の他、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等の熱可塑性樹脂含んでいてもよい。 In addition to the thermosetting resin described above, the resin composition may contain a thermoplastic resin such as a phenoxy resin, a polyimide resin, a polyamideimide resin, a polyphenylene oxide resin, or a polyethersulfone resin.
また、前記樹脂組成物は、必要に応じて、顔料、酸化防止剤等の上記成分以外の添加物を含んでいてもよい。 Moreover, the said resin composition may contain additives other than the said components, such as a pigment and antioxidant, as needed.
また、絶縁層211、212、213、214、215は、互いに同じ材料で構成されていてもよいし、互いに異なる材料で構成されていてもよい。
The insulating
上述したような複数の層で構成された基板21の平均厚さは、特に限定されないが、30μm以上800μm以下であることが好ましく、30μm以上400μm以下であることがより好ましい。
The average thickness of the
このような基板21の絶縁層211と絶縁層212の間には、導体パターン221が介挿されている。また、絶縁層212と絶縁層213との間には、導体パターン222が介挿されている。また、絶縁層213と絶縁層214との間には、導体パターン223が介挿されている。また、絶縁層214と絶縁層215との間には、導体パターン224が介挿されている。
A
この導体パターン221、222、223、224は、それぞれ、複数の配線を有する回路として機能するものである。
Each of the
導体パターン221、222、223、224の構成材料としては、導電性を有するものであれば、特に限定されず、例えば、銅、銅系合金、アルミ、アルミ系合金等の各種金属および各種合金が挙げられる。中でも、かかる構成材料としては、銅および銅系合金を用いるのが好ましい。銅および銅系合金は、電気伝導率が比較的高いものである。そのため、配線基板2の電気的特性を良好なものとすることができる。また、銅および銅系合金は熱伝導性にも優れるので、配線基板2の放熱性を向上させることもできる。
The constituent material of the
また、導体パターン221、222、223、224の平均厚さは、特に限定されないが、5μm以上30μm以下であることが好ましい。
In addition, the average thickness of the
また、絶縁層211には、その厚さ方向に貫通するビアホールが形成され、そのビアホール内に導体ポスト(ビアポスト)231が設けられている。この導体ポスト231は、絶縁層211をその厚さ方向に貫通しており、上端部が半導体素子3に金属バンプ31を介して接続されるとともに、下端部が導体パターン221に接続されている。これにより、導体パターン221と半導体素子3とが導通している。
The insulating
同様に、絶縁層212には、その厚さ方向に貫通する導体ポスト(ビアポスト)232が設けられている。この導体ポスト232は、上端部が導体パターン221に接続されるとともに、下端部が導体パターン222に接続されている。これにより、導体パターン221と導体パターン222とが導通している。
Similarly, the insulating
また、絶縁層213には、その厚さ方向に貫通する導体ポスト(ビアポスト)233が設けられている。この導体ポスト233は、上端部が導体パターン222に接続されるとともに、下端部が導体パターン223に接続されている。これにより、導体パターン222と導体パターン223とが導通している。
The insulating
また、絶縁層214には、その厚さ方向に貫通する導体ポスト(ビアポスト)234が設けられている。この導体ポスト234は、上端部が導体パターン223に接続されるとともに、下端部が導体パターン224に接続されている。これにより、導体パターン223と導体パターン224とが導通している。
The insulating
また、絶縁層215には、その厚さ方向に貫通する複数の開口部が設けられ、その各開口部から導体パターン224の一部(端子)が露出している。そして、その導体パターン224の露出した各部分(端子)上には、金属バンプ71が接合されている。すなわち、第2導体パターンである導体パターン224の基板21と反対側の面には、複数の金属バンプ71が接合されている。
The insulating
この金属バンプ71は、半導体パッケージ1を例えば後述するようなマザーボードに対して電気的に接続するためのものである。
The
本実施形態では、金属バンプ71は、略球状をなしている。なお、金属バンプ71の形状は、これに限定されない。
In the present embodiment, the
金属バンプ71の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、錫−鉛系、錫−銀系、錫−亜鉛系、錫−ビスマス系、錫−アンチモン系、錫−銀−ビスマス系、錫−銅系、錫−銀−銅系等の各種ろう材(半田)を用いることができる。
The constituent material of the
また、基板21には、その厚さ方向に貫通する複数のビアホールが形成され、その各ビアホールに伝熱ポスト24が設けられている。
The
この各伝熱ポスト24は、基板21全体をその厚さ方向に貫通しており、上端が基板21の上面から露出するとともに、下端が基板21の下面から露出している。そして、伝熱ポスト24は、上端が第1補強部材4に接触し、下端が第2補強部材5に接触している。これにより、各伝熱ポスト24は、第1補強部材4と第2補強部材5とを接続している。
Each
この各伝熱ポスト(熱伝導部)24は、前述した基板21(絶縁層)よりも高い伝熱性(熱伝導性)を有する。これにより、第1補強部材4から伝熱ポスト24を介して第2補強部材5へ熱を効率的に伝達することができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
Each of the heat transfer posts (heat conduction portions) 24 has higher heat transfer (heat conductivity) than the substrate 21 (insulating layer) described above. Thereby, heat can be efficiently transferred from the first reinforcing
また、この各伝熱ポスト24は、基板21をその厚さ方向に貫通するものであるため、公知の導体ポストと同様に、簡単かつ高精度に形成することができる。
Further, since each
また、各伝熱ポスト24は、中空であってもよいし、中実であってもよい。また、各伝熱ポスト24の横断面形状としては、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、多角形等が挙げられる。また、伝熱ポスト24の数は、特に限定されず、任意であるが、配線基板2の機械的強度を損ねない程度に、できるだけ多くするのが好ましい。
Each
各伝熱ポスト24は、電気信号の伝送に寄与しないものである。これにより、第1補強部材4から伝熱ポスト24を介して第2補強部材5へ熱をより効率的に伝達することができる。なお、伝熱ポスト24、第1補強部材4、第2補強部材5等をグランドとして用いてもよい。
Each
本実施形態では、複数の伝熱ポスト24は、配線基板2を平面視したときに、配線基板2の外周部に沿って互いに間隔を隔てて並設されている。特に、複数の伝熱ポスト24は、配線基板2を平面視したときに、配線基板2の外周部に沿って周方向に等間隔で並設されているのが好ましい。これにより、配線基板2の温度分布を均一化することができる。
In the present embodiment, the plurality of heat transfer posts 24 are arranged side by side along the outer peripheral portion of the
また、複数の伝熱ポスト24は、配線基板2を平面視したときに、前述した導体パターン221、222、223、224に重ならないように設けられている。これにより、伝熱ポスト24の形成が簡単となるとともに、伝熱ポスト24と導体パターン221、222、223、224との短絡を防止することができる。
The plurality of heat transfer posts 24 are provided so as not to overlap the
このような各伝熱ポスト24の構成材料としては、前述した基板21(絶縁層)よりも高い伝熱性を有するものであれば、特に限定されないが、金属材料を用いるのが好ましい。
The constituent material of each
かかる金属材料としては、例えば、銅、銅系合金、アルミ、アルミ系合金等の各種金属および各種合金が挙げられる。中でも、かかる金属材料としては、伝熱性に優れるので、銅、銅系合金、アルミ、アルミ系合金を用いるのが好ましい。銅および銅系合金は、熱伝導性に優れるので、配線基板2の放熱性を向上させることもできる。
Examples of the metal material include various metals and various alloys such as copper, a copper-based alloy, aluminum, and an aluminum-based alloy. Among these, as such a metal material, it is preferable to use copper, a copper-based alloy, aluminum, or an aluminum-based alloy because of excellent heat conductivity. Since copper and a copper-based alloy are excellent in thermal conductivity, the heat dissipation of the
また、伝熱ポスト24の構成材料は、前述した導体ポスト231〜234の構成材料と異なっていてもよいが、導体ポスト231〜234の構成材料(特に導体ポスト234の構成材料)と同じであるのが好ましい。これにより、伝熱ポスト24を導体ポスト234の形成と同時に一括して形成することができる。そのため、半導体パッケージ1の製造が簡単化され、また、半導体パッケージ1を安価なものとすることができる。
Further, the constituent material of the
[半導体素子]
半導体素子3は、例えば、集積回路素子(IC)であり、より具体的には、例えば、ロジックIC、メモリおよび受発光素子等である。[Semiconductor element]
The
この半導体素子3は、前述した配線基板2の基板21の上面(一方の面)に接合され、第1導体パターンである導体パターン221に電気的に接続されている。
The
具体的には、半導体素子3は、その下面に、図示しない複数の端子が設けられており、その各端子が金属バンプ31を介して、前述した配線基板2の導体ポスト231に電気的に接続されている。これにより、半導体素子3と配線基板2の導体パターン221とが電気的に接続されている。
Specifically, the
金属バンプ31の構成材料としては、特に限定されないが、前述した金属バンプ71と同様、例えば、錫−鉛系、錫−銀系、錫−亜鉛系、錫−ビスマス系、錫−アンチモン系、錫−銀−ビスマス系、錫−銅系、錫−銀−銅系等の各種ろう材(半田)を用いることができる。
The constituent material of the
また、半導体素子3は、接着層32を介して、配線基板2の上面に接着(接合)されている。
Further, the
この接着層32は、接着性および絶縁性を有する材料で構成され、例えば、アンダーフィル材の硬化物で構成されている。
The
アンダーフィル材としては、特に限定されず、公知のアンダーフィル材を用いることができるが、後述する絶縁材81を形成するための半田接合用レジストと同様のものを用いることもできる。
The underfill material is not particularly limited, and a known underfill material can be used, but the same solder bonding resist as that for forming an insulating
[第1補強部材]
第1補強部材(スティフナー)4は、前述した配線基板2の基板21の上面(一方の面)の、半導体素子3が接合されていない部分に接合されている。[First reinforcing member]
The first reinforcing member (stiffener) 4 is bonded to a portion of the upper surface (one surface) of the
この第1補強部材4は、基板21よりも熱膨張係数が小さい。これにより、基板21の熱膨張を抑えることができる。
The first reinforcing
また、第1補強部材4は、板状をなしている。これにより、第1補強部材4の構成を簡単かつ小型なものとすることができる。
Moreover, the
このような第1補強部材4の基板21と反対側の面(すなわち上面)は、半導体素子3の基板21と反対側の面(すなわち上面)と同一面上またはそれよりも基板21側(すなわち下側)に位置しているのが好ましい。これにより、半導体パッケージ1の製造に際し、第1補強部材4の設置後に半導体素子3を設置する場合、半導体素子3の設置が容易となる。
The surface of the first reinforcing
本実施形態では、第1補強部材4の基板21と反対側の面(すなわち上面)と、半導体素子3の基板21と反対側の面(すなわち上面)とが同一面上に位置している。これにより、半導体パッケージ1を薄型化しつつ、配線基板2の反りを効果的に抑制または防止することができる。また、第1補強部材4の上面上に他の構造体(例えば、基板、半導体素子、ヒートシンク等)を設ける場合、その構造体の設置を安定的に行うことができる。
なお、第1補強部材4および半導体素子3を封止樹脂でモールドしてもよい。In the present embodiment, the surface of the first reinforcing
The first reinforcing
また、第1補強部材4は、半導体素子3の周囲を囲むように設けられている。本実施形態では、第1補強部材4は、半導体素子3を囲むように環状(より具体的には四角環状)をなしている。これにより、第1補強部材4による配線基板2の剛性を高める効果を優れたものとすることができる。
The first reinforcing
また、第1補強部材4は、半導体素子3との間の距離(第1補強部材4の内周面411と半導体素子3の外周面33との間の距離)が半導体素子3の全周に亘って一定となるように形成されている。これにより、第1補強部材4および半導体素子3の一体性が増し、これらによる配線基板2の補強効果が好適に発揮される。また、後述する熱伝導性材料6を介した半導体素子3から第1補強部材への伝熱を効率的かつ均一に生じさせることができる。
Further, the distance between the first reinforcing
また、第1補強部材4は、半導体素子3との熱膨張係数差が7ppm/℃以下であるのが好ましい。これにより、半導体素子3および第1補強部材4が一体的に配線基板2を補強し、半導体パッケージ1全体の熱膨張を抑えることができる。
The first reinforcing
また、第1補強部材4の構成材料としては、前述したような熱膨張係数を有するものであれば、特に限定されず、例えば、金属材料、セラミックス材料等を用いることができるが、金属材料を用いるのが好ましい。第1補強部材4が金属材料で構成されていると、第1補強部材4の放熱性を高めることができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
In addition, the constituent material of the first reinforcing
かかる金属材料としては、前述したような熱膨張係数を有するものであれば、特に限定されず、各種金属材料を用いることができるが、放熱性および低熱膨張を実現する観点から、Feを含む合金を用いるのが好ましい。 Such a metal material is not particularly limited as long as it has a thermal expansion coefficient as described above, and various metal materials can be used. From the viewpoint of realizing heat dissipation and low thermal expansion, an alloy containing Fe is used. Is preferably used.
かかるFeを含む合金としては、例えば、Fe−Ni系合金、Fe−Co−Cr系合金、Fe−Co系合金、Fe−Pt系合金、Fe−Pd合金等が挙げられ、特に、Fe−Ni系合金を用いるのが好ましい。 Examples of such Fe-containing alloys include Fe-Ni alloys, Fe-Co-Cr alloys, Fe-Co alloys, Fe-Pt alloys, Fe-Pd alloys, and the like. It is preferable to use a base alloy.
このような金属材料は、放熱性に優れるだけでなく、熱膨張係数が低く、かつ、一般的な半導体素子3の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する。そのため、半導体素子3および第1補強部材4が一体的に配線基板2を補強することができる。
Such a metal material not only has excellent heat dissipation, but also has a low thermal expansion coefficient and a thermal expansion coefficient close to that of a
Fe−Ni系合金としては、FeおよびNiを含むものであれば、特に限定されず、FeおよびNiの他に、残部(M)として、Co、Ti、Mo、Cr、Pd、Pt等の金属のうちの1種または2種以上の金属を含んでいてもよい。 The Fe—Ni alloy is not particularly limited as long as it contains Fe and Ni. In addition to Fe and Ni, the balance (M) is a metal such as Co, Ti, Mo, Cr, Pd, and Pt. Of these, one or more metals may be included.
より具体的には、Fe−Ni系合金としては、例えば、Fe−36Ni合金(インバー)等のFe−Ni合金、Fe−32Ni−5Co合金(スーパーインバー)、Fe−29Ni−17Co合金(コバール)、Fe−36Ni−12Co合金(エリンバー)等のFe−Ni−Co合金、Fe−Ni−Cr−Ti合金、Ni−28Mo−2Fe合金等のNi−Mo−Fe合金等が挙げられる。また、Fe−Ni−Co合金は、例えば、KV−2、KV−4、KV−6、KV−15、KV−25等のKVシリーズ(NEOMAXマテリアル社製)、Nivarox等の商品名で市販されている。また、Fe−Ni合金は、例えば、NS−5、D−1(NEOMAXマテリアル社製)等の商品名で市販されている。また、Fe−Ni−Cr−Ti合金は、例えば、Ni−Span C−902(大同スペシャルメタル社製)、EL−3(NEOMAXマテリアル社製)等の商品名で市販されている。 More specifically, examples of Fe-Ni alloys include Fe-Ni alloys such as Fe-36Ni alloy (Invar), Fe-32Ni-5Co alloy (Super Invar), and Fe-29Ni-17Co alloy (Kovar). Fe-Ni-Co alloys such as Fe-36Ni-12Co alloy (Erin bar), Ni-Mo-Fe alloys such as Fe-Ni-Cr-Ti alloy and Ni-28Mo-2Fe alloy. In addition, Fe-Ni-Co alloys are commercially available under trade names such as KV series (manufactured by NEOMAX Materials) such as KV-2, KV-4, KV-6, KV-15, and KV-25, and Nivarox. ing. Moreover, the Fe-Ni alloy is marketed with brand names, such as NS-5 and D-1 (made by NEOMAX material company), for example. Fe-Ni-Cr-Ti alloys are commercially available under trade names such as Ni-Span C-902 (manufactured by Daido Special Metal), EL-3 (manufactured by NEOMAX Material).
また、Fe−Co−Cr系合金としては、Fe、CoおよびCrを含むものであれば、特に限定されないが、例えば、Fe−54Co−9.5Cr(ステンレスインバー)等のFe−Co−Cr合金が挙げられる。なお、Fe−Co−Cr系合金は、Fe、CoおよびCrの他に、Ni、Ti、Mo、Pd、Pt等の金属のうちの1種または2種以上の金属を含んでいてもよい。 The Fe—Co—Cr alloy is not particularly limited as long as it contains Fe, Co, and Cr. For example, an Fe—Co—Cr alloy such as Fe-54Co-9.5Cr (stainless invar) is used. Is mentioned. Note that the Fe—Co—Cr-based alloy may contain one or more metals of metals such as Ni, Ti, Mo, Pd, and Pt in addition to Fe, Co, and Cr.
また、Fe−Co系合金としては、FeおよびCoを含むものであれば、特に限定されず、FeおよびCoの他に、Ni、Ti、Mo、Cr、Pd、Pt等の金属のうちの1種または2種以上の金属を含んでいてもよい。 The Fe—Co alloy is not particularly limited as long as it contains Fe and Co. In addition to Fe and Co, one of metals such as Ni, Ti, Mo, Cr, Pd, and Pt is used. It may contain seeds or two or more metals.
また、Fe−Pt系合金としては、FeおよびPtを含むものであれば、特に限定されず、FeおよびPtの他に、Co、Ni、Ti、Mo、Cr、Pd等の金属のうちの1種または2種以上の金属を含んでいてもよい。 The Fe—Pt alloy is not particularly limited as long as it contains Fe and Pt. In addition to Fe and Pt, one of metals such as Co, Ni, Ti, Mo, Cr, and Pd is used. It may contain seeds or two or more metals.
また、Fe−Pd系合金としては、FeおよびPdを含むものであれば、特に限定されず、FeおよびPdの他に、Co、Ni、Ti、Mo、Cr、Pt等の金属のうちの1種または2種以上の金属を含んでいてもよい。 Further, the Fe—Pd alloy is not particularly limited as long as it contains Fe and Pd, and in addition to Fe and Pd, one of metals such as Co, Ni, Ti, Mo, Cr, and Pt. It may contain seeds or two or more metals.
特に、第1補強部材4の熱膨張係数は、0.5ppm/℃以上10ppm/℃以下であるのが好ましく、1ppm/℃以上7ppm/℃以下であるのがより好ましく、1ppm/℃以上5ppm/℃以下であるのがさらに好ましい。これにより、半導体素子3と第1補強部材4との熱膨張係数差を小さくし、これらが一体として配線基板2を補強することができる。そのため、配線基板2の反りを効果的に防止することができる。
In particular, the thermal expansion coefficient of the first reinforcing
また、第1補強部材4と半導体素子3との熱膨張係数差の絶対値は、7ppm/℃以下であるのが好ましく、5ppm/℃以下であるのがより好ましく、2ppm/℃以下であるのがさらに好ましい。これにより、半導体素子3と第1補強部材4との熱膨張係数差を小さくし、これらが一体として配線基板2を補強することができる。そのため、配線基板2の反りを効果的に防止することができる。
The absolute value of the difference in thermal expansion coefficient between the first reinforcing
上述したような熱膨張係数の観点から、第1補強部材4を構成する金属材料がFe−Ni系合金である場合、前記Fe−Ni系合金は、Niの含有量が30wt%以上50wt%以下であるのが好ましく、Niの含有量が35wt%以上45wt%以下であるのがより好ましい。これにより、第1補強部材4の熱膨張係数を半導体素子3の熱膨張係数に近づけることができる。この場合、前記Fe−Ni系合金は、Feの含有量が50wt%以上70wt%以下であるのが好ましく、Feの含有量が55wt%以上65wt%以下であるのがより好ましい。
From the viewpoint of the thermal expansion coefficient as described above, when the metal material constituting the first reinforcing
また、第1補強部材4を構成する金属材料がFe−Ni系合金である場合、前記Fe−Ni系合金は、FeおよびNiの合計含有量が85wt%以上100wt%以下であるのが好ましく、FeおよびNiの合計含有量が90wt%以上100wt%以下であるのがより好ましい。すなわち、前記Fe−Ni系合金は、残部(M)の含有量が0wt%以上15wt%以下であるのが好ましく、残部(M)の含有量が0wt%以上10wt%以下であるのがより好ましい。これにより、第1補強部材4の熱膨張係数を半導体素子3の熱膨張係数に近づけることができる。
Further, when the metal material constituting the first reinforcing
また、第1補強部材4の平均厚さは、配線基板2の熱膨張係数、配線基板2の第1補強部材4および第2補強部材5の形状、大きさ、構成材料等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、0.02mm以上0.8mm以下程度である。
The average thickness of the first reinforcing
また、本実施形態では、図1および図2に示すように、第1補強部材4と半導体素子3との間に、熱伝導性材料6が充填されている。これにより、半導体素子3から熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へ効率的に熱を伝達することができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a thermally
このような熱伝導性材料6としては、特に限定されないが、無機フィラーおよび樹脂材料を含んで構成された樹脂組成物が挙げられる。
Such a heat
熱伝導性材料6(樹脂組成物)に用いる無機フィラー(無機充填材)としては、例えば、Au、Ag、Pt等の金属、シリカ、アルミナ、ケイ藻土、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、金属フェライト等の酸化物、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、窒化チタン等の窒化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水酸化物、炭酸カルシウム(軽質、重質)、炭酸マグネシウム、ドロマイト、ドーソナイト等の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸アンモニウム、亜硫酸カルシウム等の硫酸塩または亜硫酸塩、タルク、マイカ、クレー、ガラス繊維、ケイ酸カルシウム、モンモリロナイト、ベントナイト等のケイ酸塩、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維等の炭素、その他鉄粉、銅粉、アルミニウム粉、亜鉛華、硫化モリブデン、ボロン繊維、チタン酸カリウム、チタン酸ジルコン酸鉛が挙げられる。なお、無機フィラーとして導電性を有するものを用いた場合、必要に応じて、熱伝導性材料6の接する部位に絶縁処理を施す。
Examples of the inorganic filler (inorganic filler) used in the heat conductive material 6 (resin composition) include metals such as Au, Ag, and Pt, silica, alumina, diatomaceous earth, titanium oxide, iron oxide, zinc oxide, Oxides such as magnesium oxide and metal ferrite, nitrides such as boron nitride, silicon nitride, gallium nitride, and titanium nitride, hydroxides such as aluminum hydroxide and magnesium hydroxide, calcium carbonate (light and heavy), magnesium carbonate Carbonates such as dolomite and dosonite, sulfates or sulfites such as calcium sulfate, barium sulfate, ammonium sulfate and calcium sulfite, talc, mica, clay, glass fiber, silicates such as calcium silicate, montmorillonite and bentonite, boron Zinc oxide, barium metaborate, aluminum borate, calcium borate, borate Borates such as sodium, carbon black, graphite, carbon, such as carbon fibers, other iron powder, copper powder, aluminum powder, zinc oxide, molybdenum sulfide, boron fiber, potassium titanate, and a lead zirconate titanate. In addition, when what has electroconductivity as an inorganic filler is used, the insulation process is performed to the site | part which the heat
中でも、前記無機フィラーとしては、絶縁性および熱伝導性に優れるという観点から、シリカ、アルミナ、ケイ藻土、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、金属フェライト等の酸化物、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、窒化チタン等の窒化物が好ましい。 Among these, as the inorganic filler, from the viewpoint of excellent insulation and thermal conductivity, oxides such as silica, alumina, diatomaceous earth, titanium oxide, iron oxide, zinc oxide, magnesium oxide, metal ferrite, boron nitride, Nitride such as silicon nitride, gallium nitride and titanium nitride is preferable.
また、熱伝導性材料6(樹脂組成物)に用いる樹脂材料としては、各種熱可塑性樹脂、各種熱硬化性樹脂が挙げられる。 Examples of the resin material used for the heat conductive material 6 (resin composition) include various thermoplastic resins and various thermosetting resins.
熱伝導性材料6(樹脂組成物)に用いる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリアミド(例:ナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6−12、ナイロン6−66)、熱可塑性ポリイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。
Examples of the thermoplastic resin used for the heat conductive material 6 (resin composition) include polyolefins such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-vinyl acetate copolymer, modified polyolefins, polyamides (eg,
また、熱伝導性材料6(樹脂組成物)に用いる熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル(不飽和ポリエステル)樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。 Moreover, as a thermosetting resin used for the heat conductive material 6 (resin composition), for example, epoxy resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, polyester (unsaturated polyester) resin, polyimide resin, silicone resin, polyurethane Resins etc. are mentioned, 1 type or 2 types or more of these can be mixed and used.
中でも、熱伝導性材料6(樹脂組成物)に用いる樹脂材料としては、熱硬化性樹脂(特に硬化前に液状をなすもの)を用いるのが好ましく、フェノール樹脂、エポキシ樹脂を用いるのがより好ましく、フェノール樹脂を用いるのが特に好ましい。これにより、熱伝導性材料6を第1補強部材4と半導体素子3との間に隙間なく充填できるとともに、熱伝導性材料6の熱膨張係数を効果的に抑えることができる。
Among these, as the resin material used for the heat conductive material 6 (resin composition), it is preferable to use a thermosetting resin (particularly, a liquid that forms a liquid before curing), more preferably a phenol resin or an epoxy resin. It is particularly preferable to use a phenol resin. Thereby, the thermal
かかるフェノール樹脂としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、未変性のレゾールフェノール樹脂、桐油、アマニ油、クルミ油等で変性した油変性レゾールフェノール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂等が挙げられる。 Such phenolic resins include phenolic novolac resins, cresol novolac resins, bisphenol A novolac resins and other novolac type phenol resins, unmodified resole phenolic resins, oil-modified resole phenolic resins modified with tung oil, linseed oil, walnut oil, etc. Examples thereof include phenolic resins such as resol type phenolic resins.
また、この熱伝導性材料6は、前述した接着層32(アンダーフィル材)と同様のものを用いてもよく、また、熱伝導性材料6および接着層32を一括して形成することもできる。
In addition, the heat
[第2補強部材]
第2補強部材(スティフナー)5は、配線基板2の基板21の下面(他方の面)に接合されている。[Second reinforcing member]
The second reinforcing member (stiffener) 5 is joined to the lower surface (the other surface) of the
この第2補強部材5は、前述した第1補強部材4と同様、基板21よりも熱膨張係数が小さい。
The second reinforcing
第2補強部材5は、板状をなしている。これにより、第2補強部材5の構成を簡単かつ小型なものとすることができる。
The second reinforcing
また、第2補強部材5は、配線基板2(基板21)の外周部(導体パターン224よりも外側)に沿って設けられた部分(枠部)52と、金属バンプ71同士の間に設けられた部分53とを有している。第2補強部材5の部分52と配線基板2(基板21)との接合により、第2補強部材5が配線基板2を効果的に補強することができる。また、第2補強部材5の部分53と配線基板2との接合により、第2補強部材5の剛性が高められる。
The second reinforcing
より具体的に説明すると、第2補強部材5は、前述した各金属バンプ71に非接触で各金属バンプ71を囲むように形成された複数の開口部51を有する。これにより、第2補強部材5が配線基板2の下面に占める面積の割合を大きくすることができる。その結果、第2補強部材5による配線基板2の剛性を高める効果を優れたものとすることができる。
More specifically, the second reinforcing
本実施形態では、各開口部51は、平面視にて、円形をなしている。なお、各開口部51の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形、多角形等であってもよい。
In the present embodiment, each opening 51 is circular in plan view. In addition, the planar view shape of each opening
また、各開口部51は、各金属バンプ71に対応して(一対一で対応して)設けられている。これにより、第2補強部材5の剛性の均一化を図ることができる。また、第2補強部材5の放熱性も向上させることができる。
Each
また、第2補強部材5は、各金属バンプ71との間の距離(平面視における開口部51の壁面と金属バンプ71の外周面との間の距離)が金属バンプ71の全周に亘って一定となるように形成されている。これにより、第2補強部材5および各金属バンプ71の一体性が増し、これらによる配線基板2の補強効果が好適に発揮される。
In addition, the distance between the second reinforcing
本実施形態では、第2補強部材5の下面に、伝熱バンプ91が設けられている。
この伝熱バンプ91は、配線基板2の基板21よりも高い熱伝導性を有し、例えば、後述する半導体装置100において、マザーボード200に接合されるものである。これにより、第2補強部材5の熱を外部(例えばマザーボード200)に逃がすことができる。In the present embodiment, the heat transfer bumps 91 are provided on the lower surface of the second reinforcing
The
伝熱バンプ91の構成材料としては、前述したような伝熱性を有するものであれば、特に限定されず、金属材料、樹脂材料を用いることができるが、特に、前述した金属バンプ71と同様の構成材料、無機フィラーおよび樹脂材料を含有する伝熱性接着剤等を用いるのが好ましい。
The constituent material of the
また、前述した第1補強部材4と同様、第2補強部材5は、半導体素子3との熱膨張係数差が7ppm/℃以下であるのが好ましい。これにより、第2補強部材5が効果的に配線基板2を補強し、半導体パッケージ1全体の熱膨張を抑えることができる。
Similarly to the first reinforcing
また、第2補強部材5の構成材料としては、前述したような熱膨張係数を有するものであれば、特に限定されず、前述した第1補強部材4の構成材料と同様のものを用いることができ、例えば、金属材料、セラミックス材料等を用いることができるが、金属材料を用いるのが好ましい。第2補強部材5が金属材料で構成されていると、第2補強部材5の放熱性を高めることができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
The constituent material of the second reinforcing
かかる金属材料としては、特に限定されないが、放熱性および低熱膨張を実現する観点から、Fe−Ni系合金を用いるのが好ましい。 Although it does not specifically limit as this metal material, From a viewpoint of implement | achieving heat dissipation and low thermal expansion, it is preferable to use a Fe-Ni type alloy.
Fe−Ni系合金としては、前述した第1補強部材4と同様のものを用いることができる。
As the Fe—Ni alloy, the same material as the first reinforcing
特に、第2補強部材5の熱膨張係数は、0.5ppm/℃以上10ppm/℃以下であるのが好ましく、1ppm/℃以上7ppm/℃以下であるのがより好ましく、1ppm/℃以上5ppm/℃以下であるのがさらに好ましい。これにより、半導体素子3と第2補強部材5との熱膨張係数差を小さくし、第2補強部材5が配線基板2を効果的に補強することができる。そのため、配線基板2の反りを効果的に防止することができる。
In particular, the thermal expansion coefficient of the second reinforcing
また、第2補強部材5と半導体素子3との熱膨張係数差の絶対値は、7ppm/℃以下であるのが好ましく、5ppm/℃以下であるのがより好ましく、2ppm/℃以下であるのがさらに好ましい。これにより、半導体素子3と第2補強部材5との熱膨張係数差を小さくし、第2補強部材5が配線基板2を効果的に補強することができる。そのため、配線基板2の反りを効果的に防止することができる。
The absolute value of the difference in thermal expansion coefficient between the second reinforcing
また、第2補強部材5と第1補強部材4との熱膨張係数差の絶対値は、2ppm/℃以下であるのが好ましく、1ppm/℃以下であるのがより好ましく、0ppm/℃であるのがさらに好ましい。これにより、第1補強部材4と第2補強部材5との熱膨張係数差を小さくし、これらの熱膨張差に起因する配線基板2の反りを防止することができる。
The absolute value of the difference in thermal expansion coefficient between the second reinforcing
このような観点から、第2補強部材5の構成材料は、第1補強部材4の構成材料と同種または同じであるのが好ましい。
From this point of view, the constituent material of the second reinforcing
また、第2補強部材5の平均厚さは、配線基板2の熱膨張係数、配線基板2の第1補強部材4および第2補強部材5の形状、大きさ、構成材料等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、0.02mm以上0.8mm以下程度である。
The average thickness of the second reinforcing
また、第2補強部材5と各金属バンプ71との間には、絶縁材81が設けられている(充填されている)。これにより、第2補強部材5と各金属バンプ71との接触を防止することができる。そのため、半導体パッケージ1の信頼性を優れたものとしつつ、第2補強部材5の剛性および放熱性を高めることができる。
An insulating
また、絶縁材81は、金属バンプ71の周囲を囲むように形成され、かつ、各半田バンプに接合されている。これにより、絶縁材81は、金属バンプ71を補強している。
The insulating
このような絶縁材81は、絶縁性を有し、樹脂材料を含んで構成されている。
このような絶縁材81は、特に限定されないが、例えば、熱硬化性を有する半田接合用樹脂により形成されるのが好ましい。Such an insulating
Such an insulating
このような半田接合用樹脂(以下、「硬化性フラックス)とも言う)は、半田接合時にフラックスとして作用し、次いで加熱することにより、硬化して半田接合部の補強材として作用する。また、かかる半田接合用樹脂は、半田接合の際に、半田接合面および半田材料の酸化物などの有害物を除去し、半田接合面を保護するとともに、半田材料の精錬を行って、強度の大きい良好な接合を可能にする。さらに、半田接合用樹脂は、半田接合後に洗浄などにより除去する必要がなく、そのまま加熱することにより、三次元架橋した樹脂となり、半田接合部の補強材として作用する。 Such a solder bonding resin (hereinafter also referred to as “curing flux”) acts as a flux at the time of solder bonding, and then is cured by heating to act as a reinforcing material for the solder bonding portion. Solder bonding resin removes harmful substances such as solder joint surfaces and oxides of solder materials during solder joining, protects the solder joint surfaces, and refines the solder materials to provide good strength and good strength. In addition, the solder bonding resin does not need to be removed by washing after solder bonding, and is heated as it is to become a three-dimensionally crosslinked resin, which acts as a reinforcing material for the solder bonding portion.
かかる半田接合用樹脂は、例えば、フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)および該樹脂の硬化剤(B)を含んで構成することができる。 Such a solder bonding resin can be configured to include, for example, a resin (A) having a phenolic hydroxyl group and a curing agent (B) of the resin.
フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)としては、特に制限はないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、アルキルフェノールノボラック樹脂、多価フェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、ポリビニルフェノール樹脂などを挙げることができる。 Although there is no restriction | limiting in particular as resin (A) which has a phenolic hydroxyl group, For example, a phenol novolak resin, an alkylphenol novolak resin, a polyhydric phenol novolak resin, a resole resin, a polyvinyl phenol resin etc. can be mentioned.
また、硬化性フラックスにおいて、フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)の含有量は、硬化性フラックス全体の20〜80重量%であることが好ましく、25〜60重量%であることがより好ましい。樹脂(A)の含有量が20重量%未満であると、半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去する作用が低下し、半田接合性が不良となるおそれがある。樹脂(A)の含有量が80重量%を超えると、十分な物性を有する硬化物が得られず、接合強度と信頼性が低下するおそれがある。 In the curable flux, the content of the resin (A) having a phenolic hydroxyl group is preferably 20 to 80% by weight, and more preferably 25 to 60% by weight of the entire curable flux. If the content of the resin (A) is less than 20% by weight, the effect of removing dirt such as solder and oxides on the metal surface may be reduced, and solder jointability may be deteriorated. When content of resin (A) exceeds 80 weight%, the hardened | cured material which has sufficient physical property cannot be obtained, and there exists a possibility that joining strength and reliability may fall.
また、フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)のフェノール性ヒドロキシル基は、その還元作用により、半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去するので、半田接合のフラックスとして効果的に作用する。 Further, the phenolic hydroxyl group of the resin (A) having a phenolic hydroxyl group effectively removes dirt such as oxides on the solder and the metal surface by its reducing action, and therefore effectively acts as a solder joint flux.
また、フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)の硬化剤(B)としては、例えば、エポキシ化合物、イソシアネート化合物などを挙げることができる。エポキシ化合物およびイソシアネート化合物としては、例えば、ビスフェノール系、フェノールノボラック系、アルキルフェノールノボラック系、ビフェノール系、ナフトール系、レゾルシノール系などのフェノールベースのエポキシ化合物、イソシアネート化合物や、飽和脂肪族、環状脂肪族、不飽和脂肪族などの骨格をベースとして変性されたエポキシ化合物、イソシアネート化合物などを挙げることができる。 Moreover, as a hardening | curing agent (B) of resin (A) which has a phenolic hydroxyl group, an epoxy compound, an isocyanate compound, etc. can be mentioned, for example. Examples of the epoxy compound and isocyanate compound include phenol-based epoxy compounds such as bisphenol, phenol novolak, alkylphenol novolak, biphenol, naphthol, and resorcinol, isocyanate compounds, saturated aliphatic, cycloaliphatic, Examples thereof include an epoxy compound and an isocyanate compound modified based on a skeleton such as a saturated aliphatic group.
また、硬化剤(B)の配合量は、硬化剤のエポキシ基、イソシアネート基などの反応性の官能基が、樹脂(A)のフェノール性ヒドロキシル基の0.5〜1.5当量倍であることが好ましく、0.8〜1.2当量倍であることがより好ましい。硬化剤の反応性の官能基がヒドロキシル基の0.5当量倍未満であると、十分な物性を有する硬化物が得られず、補強効果が小さくなって、接合強度と信頼性が低下するおそれがある。硬化剤の反応性の官能基がヒドロキシル基の1.5当量倍を超えると、半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去する作用が低下し、半田接合性が不良となるおそれがある。 The compounding amount of the curing agent (B) is such that the reactive functional group such as epoxy group and isocyanate group of the curing agent is 0.5 to 1.5 equivalent times the phenolic hydroxyl group of the resin (A). It is preferably 0.8 to 1.2 equivalent times. When the reactive functional group of the curing agent is less than 0.5 equivalents of the hydroxyl group, a cured product having sufficient physical properties cannot be obtained, and the reinforcing effect may be reduced, thereby reducing the bonding strength and reliability. There is. When the reactive functional group of the curing agent exceeds 1.5 equivalents of the hydroxyl group, the action of removing dirt such as oxides on the solder and the metal surface is lowered, and there is a possibility that the solderability is deteriorated.
このような半田接合用樹脂(硬化性フラックス)は、フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)と該樹脂の硬化剤(B)の反応により、良好な物性を有する硬化物が形成されるために、半田接合後に洗浄によりフラックスを除去するが必要なく、硬化物により半田接合部が保護されて、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度と信頼性の高い半田接合が可能となる。 Such a solder bonding resin (curable flux) is formed because a cured product having good physical properties is formed by the reaction of the resin (A) having a phenolic hydroxyl group and the curing agent (B) of the resin. It is not necessary to remove the flux by washing after soldering, the soldered part is protected by the cured product, and electrical insulation is maintained even in a high temperature and high humidity atmosphere, and soldering with high joining strength and reliability is possible. .
なお、前述したような半田接合用樹脂は、フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)と該樹脂の硬化剤(B)の他に、硬化性酸化防止剤(C)、微結晶状態で分散するフェノール性ヒドロキシル基を有する化合物(D)および該化合物の硬化剤(E)、溶剤(F)、硬化触媒、密着性や耐湿性を向上させるためのシランカップリング剤、ボイドを防止するための消泡剤、あるいは液状または粉末の難燃剤等を含んでいてもよい。 In addition to the resin (A) having a phenolic hydroxyl group and the curing agent (B) of the resin, the solder bonding resin as described above is dispersed in a microcrystalline state as a curable antioxidant (C). Compound (D) having phenolic hydroxyl group, curing agent (E), solvent (F), curing catalyst, silane coupling agent for improving adhesion and moisture resistance, and elimination for preventing voids It may contain a foaming agent or a liquid or powder flame retardant.
以上説明したように構成された半導体パッケージ1によれば、半導体素子3と接合された部分以外の部分においても、配線基板2の両面が第1補強部材4および第2補強部材5により補強されるため、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。特に、第1補強部材4および第2補強部材5の熱膨張係数が配線基板2よりも小さいため、半導体素子3が配線基板2の全面に亘って設けられているのと同様に、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。そのため、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
According to the
また、配線基板2の厚さを薄くすることができるので、配線基板2の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、半導体パッケージ1は、半導体素子3からの熱を配線基板2を介して逃すことができ、放熱性に優れる。また、第1補強部材4および第2補強部材5の構成材料を適宜選択することにより、半導体パッケージ1の放熱性を高めることもできる。
Moreover, since the thickness of the
このようなことから、半導体素子3および配線基板2の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
For this reason, since the temperature rise of the
(半導体パッケージの製造方法)
以上説明したような半導体パッケージ1は、例えば、以下のようにして製造することができる。(Semiconductor package manufacturing method)
The
以下、図4に基づき、半導体パッケージ1の製造方法の一例を簡単に説明する。
[工程1]
まず、図4(a)に示すように、金属層221Aとプリプレグ211Aとの積層体を用意し、その積層体のプリプレグ211A側の面に、第1補強部材4を貼り付ける。Hereinafter, an example of a method for manufacturing the
[Step 1]
First, as shown to Fig.4 (a), the laminated body of the
ここで、プリプレグ211Aは、前述した配線基板2の絶縁層211を形成するためのものであり、前述した絶縁層211の樹脂組成物の未硬化物(半硬化物)が基材に含浸してなるものである。
Here, the
また、金属層221Aは、前述した配線基板2の導体パターン221を形成するためのものであり、導体パターン221の構成材料と同様の材料で構成されている。
The
[工程2]
次に、図4(b)に示すように、プリプレグ211Aに貫通孔2111(ビアホール)を形成する。[Step 2]
Next, as shown in FIG. 4B, a through hole 2111 (via hole) is formed in the
貫通孔2111の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、レーザーを照射することにより形成することができる。
A method for forming the through-
ここで、レーザーとしては、例えばCO2レーザー、UV−YAGレーザー等を用いることができる。Here, for example, a CO 2 laser, a UV-YAG laser, or the like can be used as the laser.
なお、貫通孔2111は、例えば、ドリル等の機械加工によって形成することもできる。
The through
[工程3]
次に、図4(c)に示すように、貫通孔2111内に導体ポスト231を形成する。[Step 3]
Next, as shown in FIG. 4C, a
導体ポスト231の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、導電性ペーストを充填する方法、無電解めっきにより埋め込む方法、電解めっきにより埋め込む方法等を用いることができる。
The method for forming the
[工程4]
次に、図4(d)に示すように、金属層221Aをパターンニングすることにより、導体パターン221を形成する。[Step 4]
Next, as shown in FIG. 4D, the
かかるパターンニングの方法としては、特に限定されないが、エッチングが好適に用いられる。 The patterning method is not particularly limited, but etching is preferably used.
以上のようにして、絶縁層211、導体パターン221および導体ポスト231が形成される。
As described above, the insulating
[工程5]
次に、上記工程[1]〜[4]と同様にして、絶縁層212、213、214、215および導体パターン222、223、224を形成するためのプリプレグおよび金属層からなる積層体をそれぞれ用意し、導体パターン222、223、224および導体ポスト232、233、234、235を形成する。また、絶縁層211、212、213、214、215のためのプリプレグを積層した後、導体ポスト231、232、233、234、235と同様の方法を用いて、伝熱ポスト24を形成する。その後、絶縁層211、212、213、214、215のためのプリプレグを硬化(完全硬化)させて、図4(e)に示すように、配線基板2を得る。[Step 5]
Next, in the same manner as in the above steps [1] to [4], prepregs for forming the insulating
絶縁層211、212、213、214、215のためのプリプレグを積層する方法としては、例えば、真空プレス、ラミネート等が挙げられる。これらの中でも真空プレスによる接合方法が好ましい。これにより、絶縁層211、212、213、214、215のためのプリプレグの密着強度を向上することができる。
Examples of the method for laminating the prepreg for the insulating
絶縁層211、212、213、214、215のためのプリプレグを硬化させる方法としては、特に限定されないが、例えば、熱処理が好適に用いられる。
A method for curing the prepreg for the insulating
なお、伝熱ポスト24の形成は、各導体ポスト231、232、233、234、235と同時に、各絶縁層211、212、213、214、215のためのプリプレグに伝熱ポストを形成しておき、これらのプリプレグを積層することにより、これらの伝熱ポストを接続して形成してもよい。
The
[工程6]
次に、配線基板2の下面に、絶縁材81Aを塗布した後、金属ボール(半田ボール)71Aを半田リフローにより半田接合する。これにより、金属バンプ71および絶縁材81が形成される。[Step 6]
Next, after applying an insulating
かかる半田接合は、特に限定されないが、配線基板2の下面に各金属バンプ71が当接するように配置し、その状態で、例えば200〜280℃×10〜60秒間加熱することにより行うことができる。
Such solder bonding is not particularly limited, but can be performed by placing each
また、絶縁材81Aは、前述した絶縁材81を形成するためのものであり、例えば、加熱により硬化するものであり、例えば、活性エネルギー線の照射により流動性が低下するとともに、過熱により硬化するものである。
The insulating
絶縁材81を形成するに際しては、例えば、図4(f)に示すように、絶縁材81Aを配線基板2の下面に塗布し、前述したような半田接合の後、加熱により絶縁材81Aを硬化させることにより、絶縁材81を得る。
When forming the insulating
このようにして得られた絶縁材81は、前述したように金属バンプ71の周囲を囲むように形成される。
The insulating
このとき、絶縁材81Aは、半田接合時にフラックスとして機能し、且つ、金属バンプ71Aとの界面張力により半田接合部周辺をリング状に補強する形状で硬化する。
At this time, the insulating
[工程7]
次に、図4(g)に示すように、配線基板2の下面に、第2補強部材5を接合する。また、配線基板2の上面に、アンダーフィル材を塗布した後、半導体素子3を金属バンプ31を介して半田リフローにより接合する。なお、この場合、アンダーフィル材として前述した絶縁材81と同じようなフラックス活性のある樹脂を用いる。また、半導体素子3を搭載し、フラックスあるいは半田ペースト等を用いてリフローにより半導体素子3を配線基板2に接合させた後、通常のキャピラリーアンダーフィル材を配線基板2と半導体素子3との間に充填・硬化させることもできる。[Step 7]
Next, as shown in FIG. 4G, the second reinforcing
その後、半導体素子3と第1補強部材4との間に、熱伝導性材料6を充填する。
以上のようにして、半導体パッケージ1が得られる。Thereafter, a thermally
The
(半導体装置)
次に、半導体装置の製造方法および半導体装置について好適な実施形態に基づいて説明する。(Semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device will be described based on preferred embodiments.
図5は、図1に示す半導体パッケージを備える半導体装置を模式的に示す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device including the semiconductor package shown in FIG.
図5に示すように、半導体装置100は、マザーボード(基板)200と、このマザーボード200に搭載された半導体パッケージ1とを有している。
As shown in FIG. 5, the
このような半導体装置100においては、半導体パッケージ1の金属バンプ71がマザーボード200の端子(図示せず)に接合されている。これにより、半導体パッケージ1とマザーボード200とが電気的に接続され、これらの間で電気的信号の伝送が行われる。また、この接合部を介して、半導体パッケージ1の熱をマザーボード200へ逃すことができる。
In such a
また、半導体パッケージ1の伝熱バンプ91がマザーボード200の放熱用の端子(図示せず)に接合されている。この接合部を介して、半導体パッケージ1の熱をマザーボード200へ効率的に逃すことができる。このような伝熱バンプ91は、前述した金属バンプ71と同様の構成材料で構成されている場合、金属バンプ71の接合と同時に一括してマザーボード200に対して接合を行うことができる。
Further, the heat transfer bumps 91 of the
以上説明したような半導体装置100によれば、前述したような放熱性および信頼性に優れた半導体パッケージ1を備えるので、信頼性に優れる。
According to the
<第2実施形態>
(半導体パッケージ)
まず、本発明の半導体パッケージを説明する。Second Embodiment
(Semiconductor package)
First, the semiconductor package of the present invention will be described.
図6は、本発明の第2実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図、図7ないし図9は、それぞれ、図6に示す半導体パッケージの製造方法の一例を示す図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図6中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図6ないし9では、それぞれ、説明の便宜上、半導体パッケージの各部が誇張して描かれている。また、図6ないし9において、金属バンプの数が前述した第1実施形態における各図に示すものと異なるが、第1実施形態における各図に示すものと同じであってもよい。 FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to the second embodiment of the present invention, and FIGS. 7 to 9 are views showing an example of a method for manufacturing the semiconductor package shown in FIG. In the following description, for convenience of description, the upper side in FIG. 6 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”. 6 to 9, each part of the semiconductor package is exaggerated for convenience of explanation. 6 to 9, the number of metal bumps is different from that shown in the respective drawings in the first embodiment described above, but may be the same as that shown in the respective drawings in the first embodiment.
以下、第2実施形態の半導体パッケージについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the semiconductor package of the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
第2実施形態の半導体パッケージは、配線基板の構成と、第1補強部材および第2補強部材と配線基板との接合方法とが異なる以外は、第1実施形態とほぼ同様である。 The semiconductor package of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment except that the configuration of the wiring board and the bonding method between the first reinforcing member and the second reinforcing member and the wiring board are different.
図6に示すように、半導体パッケージ1Aは、配線基板2Aと、この配線基板2A上に搭載された半導体素子3Aと、第1補強部材4Aと、第2補強部材5Aとを有する。
As shown in FIG. 6, the
以下、半導体パッケージ1Aの各部を順次詳細に説明する。
[配線基板]
配線基板2Aは、半導体素子3Aを支持する基板であり、例えば、その搭載した半導体素子3Aとマザーボードとの電気的接続を中継する中継基板(インターポーザ)である。Hereinafter, each part of the
[Wiring board]
The
配線基板2Aは、基板25と、導体パターン261、262、263、264と、導体ポスト271、272、273と、伝熱ポスト281、282、283とを有している。
The
なお、本実施形態では、導体パターン263は、基板25の一方の面側に設けられた第1導体パターンを構成し、導体パターン264は、基板25の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンを構成する。
In the present embodiment, the
基板25は、複数(本実施形態では3層)の絶縁層251、252、253で構成されている。より具体的には、基板25は、絶縁層251、絶縁層252、絶縁層253がこの順で積層されて構成されている。
The
各絶縁層251、252、253は、前述した第1実施形態の絶縁層211、212、213、214、215と同様、絶縁性を有する材料で構成されている。
Each of the insulating
このような基板25の絶縁層251の絶縁層252とは反対側の面上には、導体パターン261が設けられている。また、絶縁層251と絶縁層252の間には、導体パターン262が介挿されている。また、絶縁層252と絶縁層253との間には、導体パターン263が介挿されている。また、絶縁層253の絶縁層252と反対側の面上には、導体パターン264が設けられている。
A
この導体パターン261、262、263、264は、それぞれ、複数の配線を有する回路として機能する部分(以下、「回路部」とも言う)を有する。また、導体パターン261、262、263、264は、それぞれ、電気信号の伝送に用いられず、後述するような伝熱に用いる部分(以下、「伝熱部」とも言う)をも有する。
Each of the
導体パターン261、262、263、264の構成材料としては、前述した第1実施形態の導体パターン221、222、223、224と同様のものを用いることができる。
As the constituent material of the
また、絶縁層251には、その厚さ方向に貫通するビアホールが形成され、そのビアホール内に導体ポスト(ビアポスト)271および伝熱ポスト281が設けられている。この導体ポスト271は、絶縁層251をその厚さ方向に貫通しており、上端部が導体パターン261の回路部に接続されるとともに、下端部が導体パターン262の回路部に接続されている。これにより、導体パターン261と導体パターン262とが導通している。また、伝熱ポスト281は、絶縁層251をその厚さ方向に貫通しており、上端部が導体パターン261の伝熱部に接続されるとともに、下端部が導体パターン262の伝熱部に接続されている。これにより、伝熱ポスト281を介して導体パターン261と導体パターン262との間の伝熱を効率的に行うことができる。
The insulating
同様に、絶縁層252には、その厚さ方向に貫通する導体ポスト(ビアポスト)272および伝熱ポスト282が設けられている。この導体ポスト272は、上端部が導体パターン262の回路部に接続されるとともに、下端部が導体パターン263の回路部に接続されている。これにより、導体パターン262と導体パターン263とが導通している。また、伝熱ポスト282は、絶縁層252をその厚さ方向に貫通しており、上端部が導体パターン262の伝熱部に接続されるとともに、下端部が導体パターン263の伝熱部に接続されている。これにより、伝熱ポスト282を介して導体パターン262と導体パターン263との間の伝熱を効率的に行うことができる。
Similarly, the insulating
また、絶縁層253には、その厚さ方向に貫通する導体ポスト(ビアポスト)273および伝熱ポスト283が設けられている。この導体ポスト273は、上端部が導体パターン263の回路部に接続されるとともに、下端部が導体パターン264の回路部に接続されている。これにより、導体パターン263と導体パターン264とが導通している。また、伝熱ポスト283は、絶縁層253をその厚さ方向に貫通しており、上端部が導体パターン263の伝熱部に接続されるとともに、下端部が導体パターン264の伝熱部に接続されている。これにより、伝熱ポスト283を介して導体パターン263と導体パターン264との間の伝熱を効率的に行うことができる。
The insulating
このように設けられた導体パターン261、262、263、264の回路部および導体ポスト271、272、273は、電気信号の伝送に用いられる。
The circuit portions of the
ここで、導体パターン261の絶縁層251とは反対側の面には、後述するように金属バンプ31Aを介して半導体素子3Aに接続されている。これにより、導体パターン261と半導体素子3Aとが導通している。
Here, the surface of the
また、導体パターン264の絶縁層253と反対側の面には、複数の金属バンプ72が接合されている。
A plurality of
この金属バンプ72は、前述した第1実施形態の金属バンプ71と同様、半導体パッケージ1を例えばマザーボードに対して電気的に接続するためのものである。
The metal bumps 72 are for electrically connecting the
一方、導体パターン261、262、263、264の伝熱部および伝熱ポスト281、282、283は、配線基板2の厚さ方向での伝熱に用いられる。すなわち、導体パターン261、262、263、264の伝熱部および伝熱ポスト281、282、283は、第1補強部材4Aと第2補強部材5Aとを接続し、基板25よりも熱伝導性の高い熱伝導部を構成する。これにより、第1補強部材4Aから導体パターン261、262、263、264の伝熱部および伝熱ポスト281、282、283を介して第2補強部材5Aへ熱を効率的に伝達することができる。その結果、半導体パッケージ1Aの放熱性を向上させることができる。
On the other hand, the heat transfer portions and the heat transfer posts 281, 282, and 283 of the
[半導体素子]
半導体素子3Aは、前述した第1実施形態の半導体素子3と同様、例えば、集積回路素子(IC)であり、より具体的には、例えば、ロジックIC、メモリおよび受発光素子等である。[Semiconductor element]
The
この半導体素子3Aは、第1導体パターンである導体パターン261に金属バンプ31Aを介して電気的に接続されている。
The
金属バンプ31Aは、前述した第1実施形態の金属バンプ31と同様に構成されている。
The
また、半導体素子3Aは、接着層32Aを介して、配線基板2Aの上面に接着(接合)されている。
この接着層32Aは、前述した第1実施形態の接着層32と同様に構成されている。Further, the
This
[第1補強部材]
第1補強部材(スティフナー)4Aは、前述した配線基板2Aの基板25の上面(一方の面)の、半導体素子3Aが接合されていない部分に接合されている。[First reinforcing member]
The first reinforcing member (stiffener) 4A is bonded to a portion of the upper surface (one surface) of the
この第1補強部材4Aは、基板25よりも熱膨張係数が小さく、前述した第1実施形態の第1補強部材4と同様に構成することができる。
また、第1補強部材4Aは、半導体素子3Aの周囲を囲むように設けられている。The first reinforcing
The first reinforcing
そして、第1補強部材4Aと半導体素子3Aとの間には、熱伝導性材料6Aが充填されている。これにより、半導体素子3Aから熱伝導性材料6Aを介して第1補強部材4Aへ効率的に熱を伝達することができる。その結果、半導体パッケージ1Aの放熱性を向上させることができる。
The space between the first reinforcing
このような熱伝導性材料6Aとしては、特に限定されないが、前述した第1実施形態の熱伝導性材料6と同様に構成することができる。
Such a heat
また、本実施形態では、第1補強部材4Aは、接着剤11を介して、基板25の上面に接合されている。これにより、第1補強部材4Aの設置が簡単となる。
In the present embodiment, the first reinforcing
接着剤11としては、接着機能を有するものであれば、特に限定されず、各種接着剤を用いることができるが、熱伝導性に優れたものが好ましく、前述した第1実施形態の熱伝導性材料6と同様のものを用いることができる。
The adhesive 11 is not particularly limited as long as it has an adhesive function, and various adhesives can be used, but those having excellent thermal conductivity are preferable, and the thermal conductivity of the first embodiment described above. The
特に、本実施形態では、導体パターン261上に例えばソルダーレジストのような絶縁層291が設けられ、その絶縁層291上に接着剤11が設けられている。したがって、接着剤11として無機フィラーおよび樹脂材料を含んで構成された樹脂組成物を用いた場合、かかる無機フィラーとして、導電性を有するものを用いることができ、特に、伝熱性に優れた金属フィラー(例えばAgフィラー)を用いることができる。
In particular, in this embodiment, an insulating
[第2補強部材]
第2補強部材(スティフナー)5Aは、配線基板2Aの基板25の下面(他方の面)に接合されている。[Second reinforcing member]
The second reinforcing member (stiffener) 5A is joined to the lower surface (the other surface) of the
この第2補強部材5Aは、前述した第1補強部材4Aと同様、基板25よりも熱膨張係数が小さく、前述した第1実施形態の第2補強部材5と同様に構成することができる。
Like the first reinforcing
また、第2補強部材5Aは、前述した第1実施形態の第2補強部材5と同様、前述した各金属バンプ72に非接触で各金属バンプ72を囲むように形成された複数の開口部51Aを有する。これにより、第2補強部材5Aが配線基板2Aの下面に占める面積の割合を大きくすることができる。その結果、第2補強部材5Aによる配線基板2Aの剛性を高める効果を優れたものとすることができる。
In addition, the second reinforcing
また、第2補強部材5Aと各金属バンプ72との間には、絶縁材82が設けられている(充填されている)。これにより、第2補強部材5Aと各金属バンプ72との接触を防止することができる。そのため、半導体パッケージ1Aの信頼性を優れたものとしつつ、第2補強部材5Aの剛性および放熱性を高めることができる。
Further, an insulating
また、絶縁材82は、各金属バンプ72の周囲を囲むように形成され、かつ、各金属バンプ72に接合されている。これにより、絶縁材82は、金属バンプ72を補強している。
The insulating
このような絶縁材82は、前述した第1実施形態の絶縁材81と同様に構成することができる。
Such an insulating
また、本実施形態では、第2補強部材5Aは、接着剤12を介して、基板25の下面に接合されている。これにより、第2補強部材5Aの設置が簡単となる。
接着剤12としては、前述した接着剤11と同様のものを用いることができる。In the present embodiment, the second reinforcing
As the adhesive 12, the thing similar to the adhesive 11 mentioned above can be used.
特に、本実施形態では、導体パターン264上に例えばソルダーレジストのような絶縁層292が設けられ、その絶縁層292上に接着剤12が設けられている。したがって、接着剤12として無機フィラーおよび樹脂材料を含んで構成された樹脂組成物を用いた場合、かかる無機フィラーとして、導電性を有するものを用いることができ、特に、伝熱性に優れた金属フィラー(例えばAgフィラー)を用いることができる。
In particular, in this embodiment, an insulating
以上説明したように構成された半導体パッケージ1Aによっても、前述した第1実施形態の半導体パッケージ1と同様の効果を得ることができる。すなわち、半導体パッケージ1Aは、熱による不具合の発生を防止することができる。
Also with the
(半導体パッケージの製造方法)
以上説明したような半導体パッケージ1Aは、例えば、以下のようにして製造することができる。(Semiconductor package manufacturing method)
The
以下、図7ないし図9に基づき、半導体パッケージ1Aの製造方法の一例を簡単に説明する。
Hereinafter, an example of a method of manufacturing the
[工程1A]
まず、図7(a)に示すように、絶縁層252Aの両面に金属層262A、263Aが設けられてなる積層体(例えば銅張り積層板)を用意する。[
First, as shown in FIG. 7A, a laminate (for example, a copper-clad laminate) in which
ここで、絶縁層252Aは、前述した配線基板2Aの絶縁層252を形成するためのものである。また、金属層262Aは、前述した配線基板2の導体パターン262を形成するためのものである。また、金属層263Aは、前述した配線基板2の導体パターン263を形成するためのものである。
Here, the insulating
[工程2A]
次に、図7(b)に示すように、絶縁層252Aおよび金属層262A、263Aからなる積層体に貫通孔2521、2522(ビアホール、スルーホール)を形成する。これにより、絶縁層252が得られる。[
Next, as shown in FIG. 7B, through
貫通孔2521、2522の形成方法としては、前述した第1実施形態の貫通孔2111の形成方法と同様の方法を用いることができ、特に限定されないが、例えば、レーザーを照射することにより形成することができる。
As a method for forming the through
[工程3A]
次に、図7(c)に示すように、貫通孔2521内に導体ポスト272を形成する。また、貫通孔2522内に伝熱ポスト282を形成する。[
Next, as shown in FIG. 7C, conductor posts 272 are formed in the through holes 2521. Further, a
導体ポスト272および伝熱ポスト282の形成方法としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、導電性ペーストを充填する方法、無電解めっきにより埋め込む方法、電解めっきにより埋め込む方法等を用いることができる。特に、導体ポスト272および伝熱ポスト282をそれぞれ中空状に形成する場合には、電解めっきが好適に用いられる。
The method for forming the
[工程4A]
次に、図7(d)に示すように、金属層262A、263Aをそれぞれパターンニングすることにより、導体パターン262、263を形成する。[
Next, as shown in FIG. 7D, the
かかるパターンニングの方法としては、前述した第1実施形態の導体パターン221の形成方法と同様の方法を用いることができ、特に限定されないが、エッチングが好適に用いられる。
As the patterning method, a method similar to the method of forming the
以上のようにして、絶縁層252、導体パターン262、263、導体ポスト272および伝熱ポスト282が形成される。
As described above, the insulating
[工程5A]
次に、図7(e)に示すように、導体パターン262上に、絶縁層251Aおよび金属層261Aからなる積層体を絶縁層251A側が接するように貼り付ける。同様に、導体パターン263上に、絶縁層253Aおよび金属層264Aからなる積層体を絶縁層253A側が接するように貼り付ける。[
Next, as illustrated in FIG. 7E, a stacked body including the insulating
ここで、絶縁層251Aは、例えば、プリプレグであって、前述した配線基板2Aの絶縁層251を形成するためのものであり、前述した絶縁層251の樹脂組成物の未硬化物(半硬化物)が基材に含浸してなるものである。同様に、絶縁層253Aは、例えば、プリプレグであって、前述した配線基板2Aの絶縁層253を形成するためのものであり、前述した絶縁層253の樹脂組成物の未硬化物(半硬化物)が基材に含浸してなるものである。
Here, the insulating
[工程6A]
次に、絶縁層251Aおよび金属層261Aからなる積層体に、図7(f)に示すように、貫通孔2511、2512(ビアホール)を形成する。これにより、絶縁層251が得られる。同様に、絶縁層253Aおよび金属層264Aからなる積層体に、貫通孔2531、2532(ビアホール)を形成する。これにより、絶縁層253が得られる。[
Next, as shown in FIG. 7F, through-
貫通孔2511、2512、2531、2532の形成方法としては、それぞれ、特に限定されないが、前述した工程[2A]と同様の方法を用いることができる。
A method for forming the through
[工程7A]
次に、貫通孔2511、2531内に、図8(a)に示すように、導体ポスト271、273を形成する。また、貫通孔2512、2532内に伝熱ポスト281、283を形成する。[Step 7A]
Next, conductor posts 271 and 273 are formed in the through
導体ポスト271、273および伝熱ポスト281、283の形成方法としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、導電性ペーストを充填する方法、無電解めっきにより埋め込む方法、電解めっきにより埋め込む方法等を用いることができる。 The method for forming the conductor posts 271 and 273 and the heat transfer posts 281 and 283 is not particularly limited. For example, a method of filling a conductive paste, a method of embedding by electroless plating, a method of embedding by electrolytic plating, or the like is used. be able to.
[工程8A]
次に、図8(b)に示すように、金属層261A、264Aをそれぞれパターンニングすることにより、導体パターン261、264を形成する。[Step 8A]
Next, as shown in FIG. 8B, the
かかるパターンニングの方法としては、前述した工程[4A]と同様の方法を用いることができる。 As the patterning method, the same method as in the above-described step [4A] can be used.
[工程9A]
次に、図8(c)に示すように、開口部2912、2922を有する絶縁層291、292を形成する。[Step 9A]
Next, as shown in FIG. 8C, insulating
この絶縁層291、292は、それぞれ、特に限定されないが、例えば、レジスト材料を塗布し露光・現像することにより形成することができる。
The insulating
[工程10A]
次に、図8(d)に示すように、絶縁層291上に接着剤11を介して第1補強部材4Aを接着する。同様に、絶縁層292上に接着剤12を介して第2補強部材5Aを接着する。高い熱伝導性を有する接着剤11、12は、伝熱ポスト281、283上に形成された開口部2912、2922を充填するように形成され、第1補強部材4Aと第2補強部材5Aを熱的に接続する。[Step 10A]
Next, as illustrated in FIG. 8D, the first reinforcing
ここで、接着剤11として、例えば、銀等の金属粒子と、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂とを含んで構成された金属ペーストを用いることができる。かかる金属ペーストは、絶縁層291と第1補強部材4Aとの間に介在させた状態で固化または硬化させることにより、接着剤11とすることができる。これと同様に、接着剤12も金属ペーストを用いることができる。
Here, as the adhesive 11, for example, a metal paste including metal particles such as silver and a resin such as a polyimide resin and an epoxy resin can be used. Such a metal paste can be used as the adhesive 11 by being solidified or cured while being interposed between the insulating
[工程11A]
次に、図9(a)に示すように、導体パターン261上に、金属バンプ31Aを介して半導体素子3Aを接合する。
かかる接合は、前述した第1実施形態の工程[7]と同様にして行うことができる。[Step 11A]
Next, as illustrated in FIG. 9A, the
Such joining can be performed in the same manner as in step [7] of the first embodiment described above.
[工程12A]
次に、半導体素子3Aと導体パターン261との間に形成された隙間にアンダーフィル材を供給して、図9(b)に示すように、接着層32Aを形成する。その後、半導体素子3Aと第1補強部材4Aとの間の隙間に、熱伝導性材料6を充填する。
接着層32Aの形成には、公知のアンダーフィル材を用いることができる。[Step 12A]
Next, an underfill material is supplied to the gap formed between the
A known underfill material can be used to form the
[工程13A]
次に、図9(c)に示すように、導体パターン264上に、絶縁材82Aを塗布する。
絶縁材82Aは、前述した第1実施形態の絶縁材81Aと同様のものを用いることができる。[Step 13A]
Next, as shown in FIG. 9C, an insulating
As the insulating
[工程14A]
次に、図9(d)に示すように、導体パターン264上に、金属バンプ72を形成する。この金属バンプ72は、前述した第1実施形態の金属バンプ71と同様にして形成することができる。そして、金属バンプ72の形成に伴って、絶縁材82が形成される。
以上のようにして、半導体パッケージ1Aが得られる。[Step 14A]
Next, as shown in FIG. 9D, metal bumps 72 are formed on the
The
以下、添付図面に基づき、本発明の第2半導体パッケージおよび半導体装置の好適な実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the second semiconductor package and the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<第1実施形態>
(半導体パッケージ)
まず、本発明の半導体パッケージを説明する。<First Embodiment>
(Semiconductor package)
First, the semiconductor package of the present invention will be described.
図10は、本発明の第2半導体パッケージの第1実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図、図11は、図10に示す半導体パッケージを示す上面図、図10に示す半導体パッケージを示す下面図は図3であり、図12は、図10に示す半導体パッケージにおける第1補強部材と半導体素子とが接触している部位の近傍を示す断面図、図13は、図10に示す半導体パッケージの製造方法の一例を示す図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図10および図12中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、各図では、それぞれ、説明の便宜上、半導体パッケージの各部が誇張して描かれている。 FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor package according to the first embodiment of the second semiconductor package of the present invention, FIG. 11 is a top view showing the semiconductor package shown in FIG. 10, and the semiconductor package shown in FIG. 3 is a cross-sectional view showing the vicinity of a portion where the first reinforcing member and the semiconductor element are in contact with each other in the semiconductor package shown in FIG. 10, and FIG. 13 is the semiconductor shown in FIG. It is a figure which shows an example of the manufacturing method of a package. In the following description, for convenience of description, the upper side in FIGS. 10 and 12 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”. In each figure, each part of the semiconductor package is exaggerated for convenience of explanation.
図10に示すように、半導体パッケージ1は、配線基板2と、この配線基板2上に搭載された半導体素子3と、第1補強部材4と、第2補強部材5とを有する。
As shown in FIG. 10, the
このような半導体パッケージ1によれば、半導体素子3と接合された部分以外の部分においても、配線基板2の両面が第1補強部材4および第2補強部材5により補強されるため、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。特に、第1補強部材4および第2補強部材5の熱膨張係数が配線基板2(具体的には後述する基板21)よりも小さいため、半導体素子3が配線基板2の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
According to such a
また、第1補強部材4および第2補強部材5を設けることにより、配線基板2自体の剛性を高める必要がなく、配線基板2の厚さを薄くすることができるので、配線基板2の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、半導体パッケージ1は、半導体素子3からの熱を配線基板2を介して逃すことができ、放熱性に優れる。また、第1補強部材4および第2補強部材5の構成材料を適宜選択することにより、半導体パッケージ1の放熱性を高めることもできる。
Further, by providing the first reinforcing
このようなことから、半導体素子3および配線基板2の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
For this reason, since the temperature rise of the
以下、第2半導体パッケージ1の第1実施形態の各部を順次詳細に説明する。
[配線基板]
上記第1半導体パッケージの第1実施形態で使用した配線基板2と同様の配線基板を使用することができる。Hereinafter, each part of the first embodiment of the
[Wiring board]
A wiring board similar to the
[半導体素子]
上記第1半導体パッケージの第1実施形態で使用した半導体素子と同様の半導体素子を使用することができる。[Semiconductor element]
A semiconductor element similar to the semiconductor element used in the first embodiment of the first semiconductor package can be used.
[第1補強部材]
図10、図11および図12に示すように、第1補強部材(スティフナー)4は、前述した配線基板2の基板21の上面(一方の面)の、半導体素子3が接合されていない部分に接合されている。[First reinforcing member]
As shown in FIGS. 10, 11, and 12, the first reinforcing member (stiffener) 4 is provided on a portion of the upper surface (one surface) of the
この第1補強部材4と基板21とは、接着剤を介して接合することができる。これにより、第1補強部材4の設置が簡単となる。
This
かかる接着剤としては、接着機能を有するものであれば、特に限定されず、各種接着剤を用いることができるが、熱伝導性に優れたものが好ましく、後述する熱伝導性材料6と同様のものを用いることができる。
Such an adhesive is not particularly limited as long as it has an adhesive function, and various adhesives can be used. However, an adhesive excellent in thermal conductivity is preferable, and is the same as the thermal
この第1補強部材4は、基板21よりも熱膨張係数が小さい。これにより、基板21の熱膨張を抑えることができる。
The first reinforcing
また、第1補強部材4は、本体部41と、本体部41から半導体素子3に向って突出するように形成された凸部であるリブ42とを有し、板状をなしている。これにより、第1補強部材4の構成を簡単かつ小型なものとすることができる。
The first reinforcing
本体部41は、半導体素子3の外周部(側端部)との間に隙間を介してその半導体素子3の周囲を囲むように設けられている。本実施形態では、本体部41は、半導体素子3を囲むように環状(より具体的には四角環状)をなしている。これにより、第1補強部材4による配線基板2の剛性を高める効果を優れたものとすることができる。また、本体部41は、半導体素子3の全周に亘ってその半導体素子3の側端部との間に隙間が形成されるように設けられている。
The
また、リブ42は、本体部41の内周部(内周側の側端部)に、内側に向って、すなわち半導体素子3に向って突出するように形成されている。本実施形態では、リブ42は、環状(より具体的には四角環状)をなしている。すなわち、リブ42は、本体部41の全周に亘って形成されている。
Further, the
また、本体部41の基板21側の面(すなわち下面)と、リブ42の基板21側の面(すなわち下面)とが同一面上に位置している。これにより、第1補強部材4を基板21に安定的に接合することができる。
Further, the
また、第1補強部材4の基板21と反対側の面(すなわち上面)、すなわち、本体部41の基板21と反対側の面(すなわち上面)は、半導体素子3の基板21と反対側の面(すなわち上面)と同一面上またはそれよりも基板21側(すなわち下側)に位置しているのが好ましい。これにより、半導体パッケージ1の製造に際し、第1補強部材4の設置後に半導体素子3を設置する場合、半導体素子3の設置が容易となる。
Further, the surface of the first reinforcing
本実施形態では、第1補強部材4の基板21と反対側の面(すなわち上面)、すなわち、本体部41の基板21と反対側の面(すなわち上面)と、半導体素子3の基板21と反対側の面(すなわち上面)とが同一面上に位置している。これにより、半導体パッケージ1を薄型化しつつ、配線基板2の反りを効果的に抑制または防止することができる。また、第1補強部材4の上面上に他の構造体(例えば、基板、半導体素子、ヒートシンク等)を設ける場合、その構造体の設置を安定的に行うことができる。
なお、第1補強部材4および半導体素子3を封止樹脂でモールドしてもよい。In the present embodiment, the surface of the first reinforcing
The first reinforcing
そして、この半導体パッケージ1では、第1補強部材4の一部、すなわち、リブ42の基板21と反対側の面(すなわち上面)が、半導体素子3の基板21側の面(すなわち下面)と接触している。これにより、半導体素子3からの熱を第1補強部材4へ効率的に伝達することができる。また、第1補強部材4と半導体素子3の側面同士を接触させる場合に比べ、製造時における半導体素子3の損傷をより確実に防止することができる。
In this
また、リブ42は、半導体素子3の全周に亘って、その半導体素子3と接触している。これにより、半導体素子3から第1補強部材4へ効率的に熱を伝達することができ、その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
Further, the
また、第1補強部材4の本体部41の内周面411と半導体素子3の外周面(側端面)33との間の距離(本体部41と半導体素子3との間の距離)、すなわち、第1補強部材4の本体部41と半導体素子3との間の隙間の幅は、半導体素子3の全周に亘って一定となっている。これにより、第1補強部材4および半導体素子3の一体性が増し、これらによる配線基板2の補強効果が好適に発揮される。また、半導体素子3から第1補強部材への伝熱を効率的かつ均一に生じさせることができる。
Further, the distance between the inner
また、本体部41の内周面411と半導体素子3の外周面33との間の距離は、特に限定されないが、0.1〜5mm程度であることが好ましく、0.1〜2mm程度であることがより好ましい。これにより、配線基板2の補強効果が好適に発揮される。
Further, the distance between the inner
なお、本体部41の内周面411と半導体素子3の外周面33との間の距離は、一定でなくてもよい。
Note that the distance between the inner
また、第1補強部材4は、上記第1半導体パッケージの第1実施例で使用した第1補強部材4と同様の材料で形成することができる。
The first reinforcing
また、第1補強部材4の平均厚さは、配線基板2の熱膨張係数、配線基板2の第1補強部材4および第2補強部材5の形状、大きさ、構成材料等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、0.02mm以上0.8mm以下程度である。
The average thickness of the first reinforcing
また、熱放散性の観点から、第1補強部材4の表面が粗化されていてもよい。第1補強部材4の表面が粗化されていれば、表面積が増大し熱放散の効率が上がる。第1補強部材4の表面の粗化方法は、特に限定されず、例えば化学的な薬液処理、機械的なサンドブラスト処理などにより実施することができる。
Moreover, the surface of the
第1補強部材4の表面粗度の大きさは、半導体素子3の発熱量、樹脂材料の構成、基板21の構成、第1補強部材4の形状、大きさ等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、算術平均で表される表面粗度が0.1μm以上100μm以下程度である。前記算術平均で表される表面粗度は、例えばJIS B 0601に準じて測定することができる。
The magnitude of the surface roughness of the first reinforcing
また、樹脂材料との密着性向上の観点から、第1補強部材4の表面に銅皮膜が形成されていてもよい。銅については、樹脂材料との密着強度を向上させるための表面処理技術が数多く知られているため、第1補強部材4の形状、大きさ、樹脂材料の種類等に応じてその表面処理を適宜選択し、実施することができる。
In addition, a copper film may be formed on the surface of the first reinforcing
銅皮膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき処理、スパッタ処理等により実施することができる。 Although the formation method of a copper membrane is not specifically limited, For example, it can implement by plating processing, such as electrolytic plating and electroless plating, sputtering processing.
また、銅皮膜の平均厚さは、第1補強部材4の熱膨張係数に影響を及ぼさず、密着性向上の表面処理が可能な範囲で薄い方が好ましい。
The average thickness of the copper film is preferably as thin as possible without affecting the thermal expansion coefficient of the first reinforcing
[第2補強部材]
第2補強部材(スティフナー)5は、配線基板2の基板21の下面(他方の面)に接合されている。[Second reinforcing member]
The second reinforcing member (stiffener) 5 is joined to the lower surface (the other surface) of the
この第2補強部材5と基板21とは、接着剤を介して接合することができる。これにより、第2補強部材5の設置が簡単となる。
This
かかる接着剤としては、接着機能を有するものであれば、特に限定されず、各種接着剤を用いることができるが、熱伝導性に優れたものが好ましく、後述する熱伝導性材料6と同様のものを用いることができる。
Such an adhesive is not particularly limited as long as it has an adhesive function, and various adhesives can be used. However, an adhesive excellent in thermal conductivity is preferable, and is the same as the thermal
この第2補強部材5は、上記第1半導体パッケージにおける第2補強部材5と同様の構成を具備し、同様の材料で形成することができる。
The second reinforcing
また、熱放散性の観点から、第2補強部材5の表面が粗化されていてもよい。第2補強部材5の表面が粗化されていれば、表面積が増大し熱放散の効率が上がる。第2補強部材5の表面の粗化方法は、特に限定されず、例えば化学的な薬液処理、機械的なサンドブラスト処理などにより実施することができる。
Further, the surface of the second reinforcing
第2補強部材5の表面粗度の大きさは、半導体素子3の発熱量、樹脂材料の構成、基板21の構成、第2補強部材5の形状、大きさ等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、算術平均で表される表面粗度が0.1μm以上100μm以下程度である。前記算術平均で表される表面粗度は、例えばJIS B 0601に準じて測定することができる。
The magnitude of the surface roughness of the second reinforcing
また、樹脂材料との密着性向上の観点から、第2補強部材5の表面に銅皮膜が形成されていてもよい。銅については、樹脂材料との密着強度を向上させるための表面処理技術が数多く知られているため、補強部材の形状、大きさ、樹脂材料の種類等に応じてその表面処理を適宜選択し、実施することができる。
In addition, a copper film may be formed on the surface of the second reinforcing
銅皮膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき処理、スパッタ処理等により実施することができる。 Although the formation method of a copper membrane is not specifically limited, For example, it can implement by plating processing, such as electrolytic plating and electroless plating, sputtering processing.
また、銅皮膜の平均厚さは、第2補強部材5の熱膨張係数に影響を及ぼさず、密着性向上の表面処理が可能な範囲で薄い方が好ましい。
In addition, the average thickness of the copper film is preferably as thin as possible without affecting the thermal expansion coefficient of the second reinforcing
また、第2補強部材5と各金属バンプ71との間には、絶縁材81が設けられている(充填されている)。これにより、第2補強部材5と各金属バンプ71との接触を防止することができる。そのため、半導体パッケージ1の信頼性を優れたものとしつつ、第2補強部材5の剛性および放熱性を高めることができる。
An insulating
また、絶縁材81は、金属バンプ71の周囲を囲むように形成され、かつ、各半田バンプに接合されている。これにより、絶縁材81は、金属バンプ71を補強している。
The insulating
このような絶縁材81は、上記第1半導体パッケージにおける絶縁材81と同様のものを使用できる。
Such an insulating
以上説明したように構成された第二半導体パッケージ1によれば、半導体素子3と接合された部分以外の部分においても、配線基板2の両面が第1補強部材4および第2補強部材5により補強されるため、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。特に、第1補強部材4および第2補強部材5の熱膨張係数が配線基板2よりも小さいため、半導体素子3が配線基板2の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
According to the
また、第1補強部材4のリブ42が半導体素子3と接触しているので、半導体素子3からの熱を第1補強部材4へ効率的に伝達し、その第1補強部材を介して逃がすことができ、放熱性に優れる。すなわち、半導体素子3からの熱は、第1補強部材4、伝熱ポスト24、第2補強部材5、伝熱バンプ91を経て、外部に放出され、これにより、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
Further, since the
また、配線基板2の厚さを薄くすることができるので、配線基板2の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、半導体パッケージ1は、半導体素子3からの熱を配線基板2を介して逃すことができ、放熱性に優れる。
Moreover, since the thickness of the
また、第1補強部材4および第2補強部材5の構成材料を適宜選択することにより、半導体パッケージ1の放熱性を高めることもできる。
Moreover, the heat dissipation of the
このようなことから、半導体素子3および配線基板2の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
For this reason, since the temperature rise of the
(半導体パッケージの製造方法)
以上説明したような半導体パッケージ1は、例えば、以下のようにして製造することができる。(Semiconductor package manufacturing method)
The
以下、図13に基づき、半導体パッケージ1の製造方法の一例を簡単に説明する。
[工程1B]
まず、図13(a)に示すように、金属層221Aとプリプレグ211Aとの積層体を用意し、その積層体のプリプレグ211A側の面に、第1補強部材4を貼り付ける。Hereinafter, an example of a method for manufacturing the
[
First, as shown to Fig.13 (a), the laminated body of the
ここで、プリプレグ211Aは、前述した配線基板2の絶縁層211を形成するためのものであり、前述した絶縁層211の樹脂組成物の未硬化物(半硬化物)が基材に含浸してなるものである。
Here, the
また、金属層221Aは、前述した配線基板2の導体パターン221を形成するためのものであり、導体パターン221の構成材料と同様の材料で構成されている。
The
[工程2B]
次に、図13(b)に示すように、プリプレグ211Aに貫通孔2111(ビアホール)を形成する。[Step 2B]
Next, as shown in FIG. 13B, a through hole 2111 (via hole) is formed in the
貫通孔2111の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、レーザーを照射することにより形成することができる。
A method for forming the through-
ここで、レーザーとしては、例えばCO2レーザー、UV−YAGレーザー等を用いることができる。Here, for example, a CO 2 laser, a UV-YAG laser, or the like can be used as the laser.
なお、貫通孔2111は、例えば、ドリル等の機械加工によって形成することもできる。
The through
[工程3B]
次に、図13(c)に示すように、貫通孔2111内に導体ポスト231を形成する。[Step 3B]
Next, as shown in FIG. 13C, a
導体ポスト231の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、導電性ペーストを充填する方法、無電解めっきにより埋め込む方法、電解めっきにより埋め込む方法等を用いることができる。
The method for forming the
[工程4B]
次に、図13(d)に示すように、金属層221Aをパターンニングすることにより、導体パターン221を形成する。[
Next, as shown in FIG. 13D, the
かかるパターンニングの方法としては、特に限定されないが、エッチングが好適に用いられる。 The patterning method is not particularly limited, but etching is preferably used.
以上のようにして、絶縁層211、導体パターン221および導体ポスト231が形成される。
As described above, the insulating
[工程5B]
次に、上記工程[工程1B]〜[工程4B]と同様にして、絶縁層212、213、214、215および導体パターン222、223、224を形成するためのプリプレグおよび金属層からなる積層体をそれぞれ用意し、導体パターン222、223、224および導体ポスト232、233、234を形成する。また、絶縁層211、212、213、214、215のためのプリプレグを積層した後、導体ポスト231、232、233、234と同様の方法を用いて、伝熱ポスト24を形成する。その後、絶縁層211、212、213、214、215のためのプリプレグを硬化(完全硬化)させて、図13(e)に示すように、配線基板2を得る。[Step 5B]
Next, in the same manner as in the above-mentioned steps [
絶縁層211、212、213、214、215のためのプリプレグを積層する方法としては、例えば、真空プレス、ラミネート等が挙げられる。これらの中でも真空プレスによる接合方法が好ましい。これにより、絶縁層211、212、213、214、215のためのプリプレグの密着強度を向上することができる。
Examples of the method for laminating the prepreg for the insulating
絶縁層211、212、213、214、215のためのプリプレグを硬化させる方法としては、特に限定されないが、例えば、熱処理が好適に用いられる。
A method for curing the prepreg for the insulating
なお、伝熱ポスト24の形成は、各導体ポスト231、232、233、234と同時に、各絶縁層211、212、213、214、215のためのプリプレグに伝熱ポストを形成しておき、これらのプリプレグを積層することにより、これらの伝熱ポストを接続して形成してもよい。
The heat transfer posts 24 are formed at the same time as the conductor posts 231, 232, 233, 234, and the heat transfer posts are formed on the prepregs for the insulating
[工程6B]
次に、配線基板2の下面に、絶縁材81Aを塗布した後、金属ボール(半田ボール)71Aを半田リフローにより半田接合する。これにより、金属バンプ71および絶縁材81が形成される。[Step 6B]
Next, after applying an insulating
かかる半田接合は、特に限定されないが、配線基板2の下面に各金属バンプ71が当接するように配置し、その状態で、例えば200〜280℃×10〜60秒間加熱することにより行うことができる。
Such solder bonding is not particularly limited, but can be performed by placing each
また、絶縁材81Aは、前述した絶縁材81を形成するためのものであり、例えば、活性エネルギー線の照射により流動性が低下するとともに、加熱により硬化するものである。
The insulating
絶縁材81を形成するに際しては、例えば、図13(f)に示すように、絶縁材81Aを配線基板2の下面に塗布し、前述したような半田接合の後、加熱により絶縁材81Aを硬化させることにより、絶縁材81を得る。
When forming the insulating
このようにして得られた絶縁材81は、前述したように金属バンプ71の周囲を囲むように形成される。
The insulating
このとき、絶縁材81Aは、半田接合時にフラックスとして機能し、且つ、金属ボール71Aとの界面張力により半田接合部周辺をリング状に補強する形状で硬化する。
At this time, the insulating
[工程7B]
次に、図13(g)に示すように、配線基板2の下面に、第2補強部材5を接合する。また、配線基板2の上面に、アンダーフィル材を塗布した後、半導体素子3を金属バンプ31を介して半田リフローにより接合する。この半導体素子3を接合する際は、前述したように第1補強部材4のリブ42と半導体素子3とが接触するように、半導体素子3を位置決めする。なお、このアンダーフィル材としては前述した絶縁材81と同じ樹脂を用いることができる。
以上のようにして、半導体パッケージ1が得られる。[Step 7B]
Next, as shown in FIG. 13G, the second reinforcing
The
(半導体装置)
次に、半導体装置の製造方法および半導体装置について好適な実施形態に基づいて説明する。(Semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device will be described based on preferred embodiments.
図14は、本発明の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。
図14に示すように、半導体装置100は、マザーボード(基板)200と、このマザーボード200に搭載された半導体パッケージ1とを有している。FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 14, the
このような半導体装置100においては、半導体パッケージ1の金属バンプ71がマザーボード200の端子(図示せず)に接合されている。これにより、半導体パッケージ1とマザーボード200とが電気的に接続され、これらの間で電気的信号の伝送が行われる。また、この接合部を介して、半導体パッケージ1の熱をマザーボード200へ逃すことができる。
In such a
また、半導体パッケージ1の伝熱バンプ91がマザーボード200の放熱用の端子(図示せず)に接合されている。この接合部を介して、半導体パッケージ1の熱をマザーボード200へ効率的に逃すことができる。このような伝熱バンプ91は、前述した金属バンプ71と同様の構成材料で構成されている場合、金属バンプ71の接合と同時に一括してマザーボード200に対して接合を行うことができる。
Further, the heat transfer bumps 91 of the
以上説明したような半導体装置100によれば、前述したような放熱性および信頼性に優れた半導体パッケージ1を備えるので、信頼性に優れる。
According to the
<第2実施形態>
図15は、本発明の第2実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図15中の上側を「上」、下側を「下」と言う。Second Embodiment
FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to the second embodiment of the present invention. In the following description, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 15 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
以下、第2実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted.
図15に示すように、第2実施形態の半導体パッケージ1では、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間、すなわち本体部41と半導体素子3との間の隙間に、基板21よりも熱伝導性の高い熱伝導性材料6が充填されている。これにより、半導体素子3から熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へ効率的に熱を伝達することができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
As shown in FIG. 15, in the
また、熱伝導性材料6は、本体部41(第1補強部材4)と半導体素子3との間の隙間の全部または一部に充填されるが、本実施形態では、熱伝導性材料6は、本体部41(第1補強部材4)と半導体素子3との間の隙間全体に充填されている。これにより、半導体素子3からの熱を熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へさらに効率的に伝達することができる。
Moreover, although the heat
また、熱伝導性材料6の熱伝導率は、0.5〜100W/(m・K)程度であることが好ましく、1〜50W/(m・K)程度であることがより好ましい。これにより、半導体素子3からの熱を熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へさらに効率的に伝達することができる。
The thermal conductivity of the heat
このような熱伝導性材料6としては、特に限定されないが、例えば、無機フィラーおよび樹脂材料(樹脂材料とその樹脂材料に配合された無機フィラー)を含んで構成された樹脂組成物が挙げられる。
The heat
また、熱伝導性材料6としては、導電性を有するものと絶縁性を有するものとのいずれでも用いることができるが、絶縁性を有するものが好ましい。これにより、熱伝導性材料6を介する不本意な短絡を防止することができる。
Moreover, as the heat
熱伝導性材料6(樹脂組成物)に用いる無機フィラー(無機充填材)としては、上記第1半導体パッケージで使用したものと同様のものを使用できる。なお、無機フィラーとして導電性を有するものを用いた場合、必要に応じて、熱伝導性材料6の接する部位に絶縁処理を施す。
As the inorganic filler (inorganic filler) used for the heat conductive material 6 (resin composition), the same filler as that used in the first semiconductor package can be used. In addition, when what has electroconductivity as an inorganic filler is used, the insulation process is performed to the site | part which the heat
中でも、前記無機フィラーとしては、絶縁性および熱伝導性に優れるという観点から、シリカ、アルミナ、ケイ藻土、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、金属フェライト等の酸化物、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、窒化チタン等の窒化物が好ましい。 Among these, as the inorganic filler, from the viewpoint of excellent insulation and thermal conductivity, oxides such as silica, alumina, diatomaceous earth, titanium oxide, iron oxide, zinc oxide, magnesium oxide, metal ferrite, boron nitride, Nitride such as silicon nitride, gallium nitride and titanium nitride is preferable.
また、熱伝導性材料6(樹脂組成物)に用いる樹脂材料としては、例えば、上記第1半導体パッケージで用いた各種熱可塑性樹脂または各種熱硬化性樹脂が挙げられる。 Moreover, as a resin material used for the heat conductive material 6 (resin composition), the various thermoplastic resins or various thermosetting resins used by the said 1st semiconductor package are mentioned, for example.
また、この熱伝導性材料6は、前述した接着層32(アンダーフィル材)と同様のものを用いてもよく、また、熱伝導性材料6および接着層32を一括して形成することもできる。
In addition, the heat
この半導体パッケージ1によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
なお、この第2実施形態は、前述した半導体装置、後述する第3実施形態にも適用することができる。According to this
The second embodiment can also be applied to the semiconductor device described above and a third embodiment described later.
<第3実施形態>
図16は、本発明の第3実施形態に係る半導体パッケージを摸式的に示す上面図である。以下、第3実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。<Third Embodiment>
FIG. 16 is a top view schematically showing a semiconductor package according to the third embodiment of the present invention. Hereinafter, the third embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and descriptions of the same matters will be omitted.
図16に示すように、第3実施形態の半導体パッケージ1では、第1補強部材4の本体部41の内周部の一部、すなわち、半導体素子3の4つの角部に対応する部位に、それぞれ、板状の凸部43が形成されている。凸部43は、それぞれ、半導体素子3の対応する角部と接触している。
As shown in FIG. 16, in the
これにより、半導体パッケージ1の配線基板2、半導体素子3等の所定部位が熱膨張したときの応力を緩和することができる。また、金属バンプ31を設けるスペースを広くすることができる。
Thereby, it is possible to relieve stress when predetermined portions such as the
なお、凸部43は、半導体素子3の4つの角部のうちの1つ、2つまたは3つに接触するように設けられていてもよい。
The
また、この第3実施形態では、半導体素子3を搭載し、フラックスあるいは半田ペースト等を用いてリフローにより半導体素子3を配線基板2に接合させた後、通常のキャピラリーアンダーフィル材を配線基板2と半導体素子3との間に充填・硬化させて半導体パッケージ1を作製することもできる。
この半導体パッケージ1によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
なお、この第3実施形態は、前述した半導体装置にも適用することができる。In the third embodiment, the
According to this
The third embodiment can also be applied to the semiconductor device described above.
以上、本発明の第2半導体パッケージおよび半導体装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものでない。
前述した実施形態では、第1補強部材4のリブ42の上面が、半導体素子3の下面と接触しているが、互いの接触する部位は、これに限定されず、例えば、第1補強部材4の内周面(内周側の側面)が、半導体素子3の外周面と接触していてもよい。Although the second semiconductor package and the semiconductor device of the present invention have been described based on the illustrated embodiments, the present invention is not limited to these.
In the above-described embodiment, the upper surface of the
次に、本発明の第3半導体パッケージおよび半導体装置について説明する。
(半導体パッケージ)
まず、本発明の半導体パッケージを説明する。Next, the third semiconductor package and the semiconductor device of the present invention will be described.
(Semiconductor package)
First, the semiconductor package of the present invention will be described.
本発明の半導体パッケージは、上記第1半導体パッケージの第1実施形態中の熱伝導性材料6に特に着目したものであり、特に記載する場合を除いて、その他は第1半導体の第1実施形態と同様の構造を具備する。したがって、第1半導体パッケージの第1実施形骸が具備する効果を本第3半導体パッケージも具備することができる。
The semiconductor package of the present invention pays particular attention to the heat
以下、本実施形態の半導体パッケージ1の各部を順次詳細に説明する。
[配線基板]
上記第1半導体パッケージで使用した配線基板と同様の配線基板を使用できる。Hereinafter, each part of the
[Wiring board]
A wiring board similar to the wiring board used in the first semiconductor package can be used.
[半導体素子]
上記第1半導体パッケージで使用した半導体素子と同様の半導体素子を使用できる。[Semiconductor element]
A semiconductor element similar to the semiconductor element used in the first semiconductor package can be used.
[第1補強部材]
上記第1半導体パッケージで使用した半導体素子と同様の第1補強部材を使用できる。[First reinforcing member]
A first reinforcing member similar to the semiconductor element used in the first semiconductor package can be used.
なお、本実施形態における第1補強部材4は、半導体素子3との間の距離(第1補強部材4の内周面411と半導体素子3の外周面33との間の距離)、すなわち、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間の幅が、半導体素子3の全周に亘って一定となるように形成されている。これにより、第1補強部材4および半導体素子3の一体性が増し、これらによる配線基板2の補強効果が好適に発揮される。また、熱伝導性材料6を介した半導体素子3から第1補強部材への伝熱を効率的かつ均一に生じさせることができる。
The first reinforcing
また、第1補強部材4と半導体素子3との間の距離は、特に限定されないが、0.1〜5mm程度であることが好ましく、0.1〜2mm程度であることがより好ましい。これにより、配線基板2の補強効果が好適に発揮される。
Moreover, the distance between the
なお、第1補強部材4と半導体素子3との間の距離は、一定でなくてもよく、また、第1補強部材4と半導体素子3とが、その一部で接触していてもよい。
The distance between the first reinforcing
また、熱放散性の観点から、第1補強部材4の表面が粗化されていてもよい。第1補強部材4の表面が粗化されていれば、表面積が増大し熱放散の効率が上がる。第1補強部材4の表面の粗化方法は、特に限定されず、例えば化学的な薬液処理、機械的なサンドブラスト処理などにより実施することができる。
Moreover, the surface of the
第1補強部材4の表面粗度の大きさは、半導体素子3の発熱量、樹脂材料の構成、基板21の構成、第1補強部材4の形状、大きさ等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、算術平均で表される表面粗度が0.1μm以上100μm以下程度である。前記算術平均で表される表面粗度は、例えばJIS B 0601に準じて測定することができる。
The magnitude of the surface roughness of the first reinforcing
また、樹脂材料との密着性向上の観点から、第1補強部材4の表面に銅皮膜が形成されていてもよい。銅については、樹脂材料との密着強度を向上させるための表面処理技術が数多く知られているため、第1補強部材4の形状、大きさ、樹脂材料の種類等に応じてその表面処理を適宜選択し、実施することができる。
In addition, a copper film may be formed on the surface of the first reinforcing
銅皮膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき処理、スパッタ処理等により実施することができる。 Although the formation method of a copper membrane is not specifically limited, For example, it can implement by plating processing, such as electrolytic plating and electroless plating, sputtering processing.
また、銅皮膜の平均厚さは、第1補強部材4の熱膨張係数に影響を及ぼさず、密着性向上の表面処理が可能な範囲で薄い方が好ましい。
The average thickness of the copper film is preferably as thin as possible without affecting the thermal expansion coefficient of the first reinforcing
[熱伝導性材料]
本実施形態では、図1および図2に示すように、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間に、基板21よりも熱伝導性の高い熱伝導性材料6が充填されている。これにより、半導体素子3から熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へ効率的に熱を伝達することができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。[Thermal conductive material]
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the gap between the first reinforcing
また、熱伝導性材料6は、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間の全部または一部に充填されるが、本実施形態では、熱伝導性材料6は、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間全体に充填されている。これにより、半導体素子3からの熱を熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へさらに効率的に伝達することができる。
Moreover, although the heat
また、熱伝導性材料6の熱伝導率は、0.5〜100W/(m・K)程度であることが好ましく、1〜50W/(m・K)程度であることがより好ましい。これにより、半導体素子3からの熱を熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へさらに効率的に伝達することができる。
The thermal conductivity of the heat
このような熱伝導性材料6としては、特に限定されないが、例えば、無機フィラーおよび樹脂材料(樹脂材料とその樹脂材料に配合された無機フィラー)を含んで構成された樹脂組成物が挙げられる。
The heat
また、熱伝導性材料6としては、導電性を有するものと絶縁性を有するものとのいずれでも用いることができるが、絶縁性を有するものが好ましい。これにより、熱伝導性材料6を介する不本意な短絡を防止することができる。
Moreover, as the heat
熱伝導性材料6(樹脂組成物)に用いる無機フィラー(無機充填材)としては、上記第1半導体パッケージで用いた無機フィラーと同じものを使用できる。 As the inorganic filler (inorganic filler) used for the heat conductive material 6 (resin composition), the same inorganic filler used in the first semiconductor package can be used.
また、熱伝導性材料6(樹脂組成物)に用いる樹脂材料としては、上記第1半導体パッケージで用いた各種熱可塑性樹脂、各種熱硬化性樹脂が挙げられる。 Examples of the resin material used for the heat conductive material 6 (resin composition) include various thermoplastic resins and various thermosetting resins used in the first semiconductor package.
[第2補強部材]
第2補強部材(スティフナー)5は、配線基板2の基板21の下面(他方の面)に接合されている。[Second reinforcing member]
The second reinforcing member (stiffener) 5 is joined to the lower surface (the other surface) of the
この第2補強部材5と基板21とは、接着剤を介して接合することができる。これにより、第2補強部材5の設置が簡単となる。
This
かかる接着剤としては、接着機能を有するものであれば、特に限定されず、各種接着剤を用いることができるが、熱伝導性に優れたものが好ましく、前述した熱伝導性材料6と同様のものを用いることができる。
Such an adhesive is not particularly limited as long as it has an adhesive function, and various adhesives can be used. However, an adhesive excellent in thermal conductivity is preferable, and is the same as the above-described thermal
この第2補強部材5は、上記第1半導体パッケージで用いた第2補強部材と同様のものを使用できる。
The second reinforcing
また、熱放散性の観点から、第2補強部材5の表面が粗化されていてもよい。第2補強部材5の表面が粗化されていれば、表面積が増大し熱放散の効率が上がる。第2補強部材5の表面の粗化方法は、特に限定されず、例えば化学的な薬液処理、機械的なサンドブラスト処理などにより実施することができる。
Further, the surface of the second reinforcing
第2補強部材5の表面粗度の大きさは、半導体素子3の発熱量、樹脂材料の構成、基板21の構成、第2補強部材5の形状、大きさ等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、算術平均で表される表面粗度が0.1μm以上100μm以下程度である。前記算術平均で表される表面粗度は、例えばJIS B 0601に準じて測定することができる。
The magnitude of the surface roughness of the second reinforcing
また、樹脂材料との密着性向上の観点から、第2補強部材5の表面に銅皮膜が形成されていてもよい。銅については、樹脂材料との密着強度を向上させるための表面処理技術が数多く知られているため、補強部材の形状、大きさ、樹脂材料の種類等に応じてその表面処理を適宜選択し、実施することができる。
In addition, a copper film may be formed on the surface of the second reinforcing
銅皮膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき処理、スパッタ処理等により実施することができる。 Although the formation method of a copper membrane is not specifically limited, For example, it can implement by plating processing, such as electrolytic plating and electroless plating, sputtering processing.
また、銅皮膜の平均厚さは、第2補強部材5の熱膨張係数に影響を及ぼさず、密着性向上の表面処理が可能な範囲で薄い方が好ましい。
In addition, the average thickness of the copper film is preferably as thin as possible without affecting the thermal expansion coefficient of the second reinforcing
本第3半導体パッケージによれば、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間に、基板21よりも熱伝導性の高い熱伝導性材料6が充填されているので、半導体素子3からの熱を熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へ効率的に伝達し、その第1補強部材を介して逃がすことができ、放熱性に優れる。すなわち、半導体素子3からの熱は、熱伝導性材料6、第1補強部材4、伝熱ポスト24、第2補強部材5、伝熱バンプ91を経て、外部に放出され、これにより、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
According to the third semiconductor package, the gap between the first reinforcing
(半導体パッケージの製造方法)
以上説明したような第3半導体パッケージ1は、第1半導体パッケージの第1実施形態と同様に製造することができる。(Semiconductor package manufacturing method)
The
(半導体装置)
本第3半導体装置は、上記第1半導体装置の第1実施形態と同様にして製造することができる。(Semiconductor device)
The third semiconductor device can be manufactured in the same manner as in the first embodiment of the first semiconductor device.
以上説明したような本発明の第3半導体装置100によれば、前述したような放熱性および信頼性に優れた半導体パッケージ1を備えるので、信頼性に優れる。
According to the
前述した実施形態では、熱伝導性材料6は、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間全体に充填されているが、これに限定されず、例えば、図17(a)〜(l)に示すように、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間の一部に充填されていてもよい。なお、図17中、斜線で示す部位が、熱伝導性材料6である。熱伝導性材料6を第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間の一部に充填することにより、半導体パッケージ1の配線基板2、半導体素子3等の所定部位が熱膨張したときの応力を緩和することができる。
In the above-described embodiment, the heat
次に、本発明の第4半導体パッケージ及び半導体装置について図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
(半導体パッケージ)
まず、本実施形態の半導体パッケージを説明する。Next, a fourth semiconductor package and a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
(Semiconductor package)
First, the semiconductor package of this embodiment will be described.
図18は、本発明の第1実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図、図19は、図18に示す半導体パッケージを示す上面図、図18に示す半導体パッケージを示す下面図は図3であり、図20は、図18に示す半導体パッケージの製造方法の一例を示す図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図18中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、各図では、それぞれ、説明の便宜上、半導体パッケージの各部が誇張して描かれている。 18 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor package according to the first embodiment of the present invention, FIG. 19 is a top view showing the semiconductor package shown in FIG. 18, and a bottom view showing the semiconductor package shown in FIG. FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a method of manufacturing the semiconductor package illustrated in FIG. In the following description, for convenience of description, the upper side in FIG. In each figure, each part of the semiconductor package is exaggerated for convenience of explanation.
図18に示すように、半導体パッケージ1は、配線基板2と、この配線基板2上に搭載された半導体素子3と、第1補強部材4と、第2補強部材5とを有する。
As shown in FIG. 18, the
このような半導体パッケージ1によれば、半導体素子3と接合された部分以外の部分においても、配線基板2の両面が第1補強部材4および第2補強部材5により補強されるため、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。特に、第1補強部材4および第2補強部材5の熱膨張係数が配線基板2(具体的には後述する基板21)よりも小さいため、半導体素子3が配線基板2の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
According to such a
また、第1補強部材4および第2補強部材5を設けることにより、配線基板2自体の剛性を高める必要がなく、配線基板2の厚さを薄くすることができるので、配線基板2の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、半導体パッケージ1は、半導体素子3からの熱を配線基板2を介して逃すことができ、放熱性に優れる。また、第1補強部材4および第2補強部材5の構成材料を適宜選択することにより、半導体パッケージ1の放熱性を高めることもできる。
Further, by providing the first reinforcing
このようなことから、半導体素子3および配線基板2の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
For this reason, since the temperature rise of the
以下、半導体パッケージ1の各部を順次詳細に説明する。
[配線基板]
配線基板2は、上記第1半導体パッケージで使用した配線基板と同様な配線基板を使用することができる。Hereinafter, each part of the
[Wiring board]
As the
[半導体素子]
半導体素子3は、例えば、上記第1半導体パッケージで使用した半導体素子と同じ半導体素子を使用することができる。[Semiconductor element]
For example, the same semiconductor element as the semiconductor element used in the first semiconductor package can be used as the
[第1補強部材]
第1補強部材(スティフナー)4は、前述した配線基板2の基板21の上面(一方の面)の、半導体素子3が接合されていない部分に接合されている。[First reinforcing member]
The first reinforcing member (stiffener) 4 is bonded to a portion of the upper surface (one surface) of the
この第1補強部材4と基板21とは、接着剤を介して接合することができる。これにより、第1補強部材4の設置が簡単となる。
This
かかる接着剤としては、接着機能を有するものであれば、特に限定されず、各種接着剤を用いることができるが、熱伝導性に優れたものが好ましく、後述する熱伝導性材料6と同様のものを用いることができる。
Such an adhesive is not particularly limited as long as it has an adhesive function, and various adhesives can be used. However, an adhesive excellent in thermal conductivity is preferable, and is the same as the thermal
この第1補強部材4は、基板21よりも熱膨張係数が小さい。これにより、基板21の熱膨張を抑えることができる。
The first reinforcing
また、第1補強部材4は、板状をなしている。これにより、第1補強部材4の構成を簡単かつ小型なものとすることができる。
Moreover, the
このような第1補強部材4の基板21と反対側の面(すなわち上面)は、半導体素子3の基板21と反対側の面(すなわち上面)と同一面上またはそれよりも基板21側(すなわち下側)に位置しているのが好ましい。これにより、半導体パッケージ1の製造に際し、第1補強部材4の設置後に半導体素子3を設置する場合、半導体素子3の設置が容易となる。
The surface of the first reinforcing
本実施形態では、第1補強部材4の基板21と反対側の面(すなわち上面)と、半導体素子3の基板21と反対側の面(すなわち上面)とが同一面上に位置している。これにより、半導体パッケージ1を薄型化しつつ、配線基板2の反りを効果的に抑制または防止することができる。また、第1補強部材4の上面上に他の構造体(例えば、基板、半導体素子、ヒートシンク等)を設ける場合、その構造体の設置を安定的に行うことができる。
なお、第1補強部材4および半導体素子3を封止樹脂でモールドしてもよい。In the present embodiment, the surface of the first reinforcing
The first reinforcing
また、第1補強部材4は、半導体素子3の周囲を囲むように、すなわち、半導体素子3の外周部(側端部)との間に隙間を介してその半導体素子3の周囲を囲むように設けられている。本実施形態では、第1補強部材4は、半導体素子3を囲むように環状(より具体的には四角環状)をなしている。これにより、第1補強部材4による配線基板2の剛性を高める効果を優れたものとすることができる。
The first reinforcing
また、第1補強部材4は、半導体素子3の全周に亘って、その半導体素子3から離間するように設けられている。すなわち、半導体パッケージ1は、半導体素子3の全周に亘って、第1補強部材4と半導体素子3との間に隙間を有している。
The first reinforcing
また、第1補強部材4は、半導体素子3との間の距離(第1補強部材4の内周面41と半導体素子3の外周面33との間の距離)、すなわち、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間の幅が、半導体素子3の全周に亘って一定となるように形成されている。これにより、第1補強部材4および半導体素子3の一体性が増し、これらによる配線基板2の補強効果が好適に発揮される。また、後述するヒートシンク12を介した半導体素子3から第1補強部材への伝熱を効率的かつ均一に生じさせることができる。
Further, the first reinforcing
また、第1補強部材4と半導体素子3との間の距離は、特に限定されないが、0.1〜5mm程度であることが好ましく、0.1〜2mm程度であることがより好ましい。これにより、配線基板2の補強効果が好適に発揮される。
Moreover, the distance between the
なお、第1補強部材4と半導体素子3との間の距離は、一定でなくてもよく、また、第1補強部材4と半導体素子3とが、その一部で接触していてもよい。
The distance between the first reinforcing
また、第1補強部材4は、上記第1半導体パッケージの第1補強部材4と同様の構成を具備し、同様の材料で形成することができる。
なお、本実施形態においては、樹脂材料との密着性向上の観点から、第1補強部材4の表面に銅皮膜が形成されていてもよい。銅については、樹脂材料との密着強度を向上させるための表面処理技術が数多く知られているため、第1補強部材4の形状、大きさ、樹脂材料の種類等に応じてその表面処理を適宜選択し、実施することができる。Moreover, the
In the present embodiment, a copper film may be formed on the surface of the first reinforcing
銅皮膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき処理、スパッタ処理等により実施することができる。 Although the formation method of a copper membrane is not specifically limited, For example, it can implement by plating processing, such as electrolytic plating and electroless plating, sputtering processing.
また、銅皮膜の平均厚さは、第1補強部材4の熱膨張係数に影響を及ぼさず、密着性向上の表面処理が可能な範囲で薄い方が好ましい。
The average thickness of the copper film is preferably as thin as possible without affecting the thermal expansion coefficient of the first reinforcing
[ヒートシンク]
図18および図19に示すように、半導体パッケージ1は、第1補強部材4および半導体素子3の基板21と反対側の面(すなわち上面)に、第1補強部材4と半導体素子3との間にまたがるように設置され、基板21よりも熱伝導性の高い第1の熱伝導部として、ヒートシンク12を有している。これにより、半導体素子3で発生した熱を半導体素子3からヒートシンク12を介して第1補強部材4へ効率的に伝達することができるとともに、ヒートシンク12から放熱することができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。[heatsink]
As shown in FIGS. 18 and 19, the
ヒートシンク12は、基板121と、基板121に立設された複数の放熱フィン122とを有している。本実施形態では、放熱フィン122は、基板121の全域に亘って形成されている。
The
このヒートシンク12は、本実施形態では、平面視で、半導体素子3と、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間とをすべて覆うように設置されており、半導体素子3に対応する部位のみならず、前記隙間を横断している部位にも放熱フィン122が設けられている。これにより、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
In the present embodiment, the
なお、ヒートシンク12は、平面視で、半導体素子3や、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間の一部が露出するに設置されていてもよく、また、前記隙間を横断している部位に放熱フィン122が設けられていなくてもよい。
Note that the
また、ヒートシンク12の第1補強部材4および半導体素子3への接合方法は、特に限定されず、例えば、接着剤による接着等が挙げられる。
Moreover, the joining method to the
また、ヒートシンク12の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種の金属材料を用いることができるが、ヒートシンク12の熱膨張係数は、基板21の熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。これにより、前述した第1補強部材4と同様に、基板21の熱膨張を抑えることができる。
The constituent material of the
また、ヒートシンク12は、半導体素子3との熱膨張係数差が7ppm/℃以下であるのが好ましい。これにより、半導体素子3、第1補強部材4およびヒートシンク12が一体的に配線基板2を補強し、半導体パッケージ1全体の熱膨張を抑えることができる。
The
また、ヒートシンク12の熱伝導率は、10〜1000W/(m・K)程度であることが好ましく、50〜500W/(m・K)程度であることがより好ましい。これにより、半導体素子3からの熱をヒートシンク12を介して第1補強部材4へさらに効率的に伝達することができ、また、ヒートシンク12からさらに効率的に放熱することができる。
The heat conductivity of the
このようなヒートシンク12の構成材料としては、前述した第1補強部材4と同様のものを用いることが好ましい。なお、この点については、既に説明されているので、ここでは、その説明は省略する。
As a constituent material of the
[第2補強部材]
第2補強部材(スティフナー)5は、配線基板2の基板21の下面(他方の面)に接合されている。[Second reinforcing member]
The second reinforcing member (stiffener) 5 is joined to the lower surface (the other surface) of the
この第2補強部材5と基板21とは、接着剤を介して接合することができる。これにより、第2補強部材5の設置が簡単となる。
This
かかる接着剤としては、接着機能を有するものであれば、特に限定されず、各種接着剤を用いることができるが、熱伝導性に優れたものが好ましく、後述する熱伝導性材料6と同様のものを用いることができる。
Such an adhesive is not particularly limited as long as it has an adhesive function, and various adhesives can be used. However, an adhesive excellent in thermal conductivity is preferable, and is the same as the thermal
この第2補強部材5は、上記第1半導体パッケージの第2補強部材と同様の構成を具備し、また同様の材料で形成することができる。
The second reinforcing
なお、熱放散性の観点から、第2補強部材5の表面が粗化されていてもよい。第2補強部材5の表面が粗化されていれば、表面積が増大し熱放散の効率が上がる。第2補強部材5の表面の粗化方法は、特に限定されず、例えば化学的な薬液処理、機械的なサンドブラスト処理などにより実施することができる。
In addition, from the viewpoint of heat dissipation, the surface of the second reinforcing
第2補強部材5の表面粗度の大きさは、半導体素子3の発熱量、樹脂材料の構成、基板21の構成、第2補強部材5の形状、大きさ等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、算術平均で表される表面粗度が0.1μm以上100μm以下程度である。前記算術平均で表される表面粗度は、例えばJIS B 0601に準じて測定することができる。
The magnitude of the surface roughness of the second reinforcing
また、樹脂材料との密着性向上の観点から、第2補強部材5の表面に銅皮膜が形成されていてもよい。銅については、樹脂材料との密着強度を向上させるための表面処理技術が数多く知られているため、補強部材の形状、大きさ、樹脂材料の種類等に応じてその表面処理を適宜選択し、実施することができる。
In addition, a copper film may be formed on the surface of the second reinforcing
銅皮膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき処理、スパッタ処理等により実施することができる。 Although the formation method of a copper membrane is not specifically limited, For example, it can implement by plating processing, such as electrolytic plating and electroless plating, sputtering processing.
また、銅皮膜の平均厚さは、第2補強部材5の熱膨張係数に影響を及ぼさず、密着性向上の表面処理が可能な範囲で薄い方が好ましい。
In addition, the average thickness of the copper film is preferably as thin as possible without affecting the thermal expansion coefficient of the second reinforcing
以上説明したように構成された第4の半導体パッケージにおける本実施例半導体パッケージ1によれば、半導体素子3と接合された部分以外の部分においても、配線基板2の両面が第1補強部材4および第2補強部材5により補強されるため、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。特に、第1補強部材4および第2補強部材5の熱膨張係数が配線基板2よりも小さいため、半導体素子3が配線基板2の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
According to this
また、第1補強部材4と半導体素子3との間にまたがるように設置されたヒートシンク12を有しているので、半導体素子3からの熱をヒートシンク12を介して第1補強部材4へ効率的に伝達し、その第1補強部材を介して逃がすことができるとともに、そのヒートシンク12から放熱することができ、放熱性に優れる。すなわち、半導体素子3からの熱は、ヒートシンク12から放熱されるだけでなく、ヒートシンク12、第1補強部材4、伝熱ポスト24、第2補強部材5、伝熱バンプ91を経て、外部に放出され、これにより、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
Further, since the
また、配線基板2の厚さを薄くすることができるので、配線基板2の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、半導体パッケージ1は、半導体素子3からの熱を配線基板2を介して逃すことができ、放熱性に優れる。
Moreover, since the thickness of the
また、第1補強部材4および第2補強部材5の構成材料を適宜選択することにより、半導体パッケージ1の放熱性を高めることもできる。
Moreover, the heat dissipation of the
このようなことから、半導体素子3および配線基板2の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
For this reason, since the temperature rise of the
(半導体パッケージの製造方法)
以上説明したような半導体パッケージ1は、例えば、第1半導体パッケージと同様にして製造することができる。(Semiconductor package manufacturing method)
The
ただし、次に、図20(g)に示すように、ヒートシンク12を設置する点が、第1半導体パッケージの製造方法とは異なる。このようにして、半導体パッケージ1が得られる。
However, next, as shown in FIG. 20 (g), the point of installing the
(半導体装置)
次に、半導体装置の製造方法および半導体装置について好適な実施形態に基づいて説明する。(Semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device will be described based on preferred embodiments.
図21は、本発明の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。
図21に示すように、半導体装置100は、マザーボード(基板)200と、このマザーボード200に搭載された半導体パッケージ1とを有している。FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 21, the
このような半導体装置100においては、半導体パッケージ1の金属バンプ71がマザーボード200の端子(図示せず)に接合されている。これにより、半導体パッケージ1とマザーボード200とが電気的に接続され、これらの間で電気的信号の伝送が行われる。また、この接合部を介して、半導体パッケージ1の熱をマザーボード200へ逃すことができる。
In such a
また、半導体パッケージ1の伝熱バンプ91がマザーボード200の放熱用の端子(図示せず)に接合されている。この接合部を介して、半導体パッケージ1の熱をマザーボード200へ効率的に逃すことができる。このような伝熱バンプ91は、前述した金属バンプ71と同様の構成材料で構成されている場合、金属バンプ71の接合と同時に一括してマザーボード200に対して接合を行うことができる。
Further, the heat transfer bumps 91 of the
以上説明したような半導体装置100によれば、前述したような放熱性および信頼性に優れた半導体パッケージ1を備えるので、信頼性に優れる。
According to the
<第2実施形態>
図22は、本発明の第4半導体パッケージにおける第2実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図22中の上側を「上」、下側を「下」と言う。Second Embodiment
FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to the second embodiment of the fourth semiconductor package of the present invention. In the following description, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 22 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
以下、第2実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted.
図22に示すように、第2実施形態の半導体パッケージ1では、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間に、基板21よりも熱伝導性の高い熱伝導性材料6が充填されている。これにより、半導体素子3から熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へ効率的に熱を伝達することができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
As shown in FIG. 22, in the
また、熱伝導性材料6は、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間の全部または一部に充填されるが、本実施形態では、熱伝導性材料6は、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間全体に充填されている。これにより、半導体素子3からの熱を熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へさらに効率的に伝達することができる。
Moreover, although the heat
ここで使用される熱伝導性材料6としては、上記熱伝導性材料、例えば第1及び第3半導体パッケージにて説明した熱伝導性材料を例示することができる。さらに、上記無機フィラーももちろん用いることができる。
また、この熱伝導性材料6は、前述した接着層32(アンダーフィル材)と同様のものを用いてもよく、また、熱伝導性材料6および接着層32を一括して形成することもできる。Examples of the heat
In addition, the heat
この半導体パッケージ1によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
なお、この第2実施形態は、前述した半導体装置、後述する第3実施形態にも適用することができる。According to this
The second embodiment can also be applied to the semiconductor device described above and a third embodiment described later.
<第3実施形態>
図23は、本発明の第4半導体パッケージにおける第3実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図23中の上側を「上」、下側を「下」と言う。<Third Embodiment>
FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to the third embodiment of the fourth semiconductor package of the present invention. In the following description, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 23 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
以下、第3実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the third embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and descriptions of the same matters will be omitted.
図23に示すように、第3実施形態の半導体パッケージ1では、第1の熱伝導部として、網状の編組体で構成されたヒートシンク13を有している。このヒートシンク13は、網状をなすので、第1補強部材4および半導体素子3と、それぞれ、部分的に接触し、また、伸縮することができる。これにより、半導体パッケージ1の配線基板2、半導体素子3等の所定部位が熱膨張したときの応力を緩和することができる。
As shown in FIG. 23, the
この半導体パッケージ1によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
なお、この第3実施形態は、前述した半導体装置にも適用することができる。According to this
The third embodiment can also be applied to the semiconductor device described above.
次に、本発明の第5半導体パッケージおよび半導体装置の好適な実施形態について説明する。 Next, preferred embodiments of the fifth semiconductor package and the semiconductor device of the present invention will be described.
<第1実施形態>
(半導体パッケージ)
まず、本発明の半導体パッケージを説明する。<First Embodiment>
(Semiconductor package)
First, the semiconductor package of the present invention will be described.
図24は、本発明の実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図、図2は、図24に示す半導体パッケージを示す上面図、図3は図24に示す半導体パッケージを示す下面図、図25は、図24に示す半導体パッケージの製造方法の一例を示す図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図24中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図24ないし図28では、それぞれ、説明の便宜上、半導体パッケージの各部が誇張して描かれている。 24 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view showing the semiconductor package shown in FIG. 24, and FIG. 3 is a bottom view showing the semiconductor package shown in FIG. FIG. 25 is a diagram showing an example of a manufacturing method of the semiconductor package shown in FIG. In the following description, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 24 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”. 24 to 28, each part of the semiconductor package is exaggerated for convenience of explanation.
図24に示すように、半導体パッケージ1は、配線基板2と、この配線基板2上に搭載された半導体素子3と、第1補強部材(補強部材)4と、第2補強部材(補強部材)5とを有する。
As shown in FIG. 24, the
このような第5半導体パッケージ1によれば、半導体素子3と接合された部分以外の部分においても、配線基板2が第1補強部材4により補強されるため、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。特に、第1補強部材4の熱膨張係数が配線基板2(具体的には後述する基板21)よりも小さいため、半導体素子3が配線基板2の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
According to the
また、このように配線基板2が補強されていることから、配線基板2自体の剛性を高める必要がなく、配線基板2の厚さを薄くすることができるので、配線基板2の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、半導体パッケージ1は、半導体素子3からの熱を配線基板2を介して逃すことができ、放熱性に優れる。また、第1補強部材4および第2補強部材5の構成材料を適宜選択することにより、半導体パッケージ1の放熱性を高めることもできる。
Further, since the
このような半導体パッケージ1の優れた放熱性も相俟って、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを効果的に抑制または防止することができる。その結果、半導体パッケージ1の電気的な接続信頼性を優れたものとすることができる。
Combined with such excellent heat dissipation of the
また、半導体パッケージ1では、第2補強部材5を配線基板2の半導体素子3と反対側の面(下面)に接合することにより、配線基板2は半導体素子3と第2補強部材5とに挟持された状態となるため、配線基板2がより強固に補強されるとともに、配線基板2の両面の熱膨張差を抑制することができる。特に、第2補強部材は、後述する金属バンプ71間にも及ぶように設けられているので、配線基板2を強固に補強することができる。
Also, in the
さらに、半導体パッケージ1では、第1補強部材4の厚さが半導体素子3の厚さと同等またはそれ以下であるため、半導体パッケージ1を製造する際に、配線基板2上に第1補強部材4を接合した状態で半導体素子3を設置する場合、その半導体素子3の設置(マウント作業)の作業性が優れたものとなる。
Further, in the
以下、半導体パッケージ1の各部を順次詳細に説明する。
[配線基板]
本実施形態における配線基板としては、上記第1半導体パッケージで使用したものと同じ配線基板を使用できる。Hereinafter, each part of the
[Wiring board]
As the wiring board in the present embodiment, the same wiring board as used in the first semiconductor package can be used.
[半導体素子]
本実施形態における半導体素子としては、上記第1半導体パッケージで使用したものと同じ半導体素子を使用できる。
なお、本実施形態における半導体素子3は、板状をなし、その平均厚さは、特に限定されないが、50μm以上1000μm以下程度である。[Semiconductor element]
As the semiconductor element in the present embodiment, the same semiconductor element as that used in the first semiconductor package can be used.
The
[第1補強部材]
第1補強部材(スティフナー)4は、前述した配線基板2の基板21の上面(一方の面)の、半導体素子3が接合されていない部分に接合されている。[First reinforcing member]
The first reinforcing member (stiffener) 4 is bonded to a portion of the upper surface (one surface) of the
この第1補強部材4と基板21とは、接着剤を介して接合することができる。これにより、第1補強部材4の設置が簡単となる。
This
かかる接着剤としては、接着機能を有するものであれば、特に限定されず、各種接着剤を用いることができるが、熱伝導性に優れたものが好ましく、後述する熱伝導性材料6と同様のものを用いることができる。
Such an adhesive is not particularly limited as long as it has an adhesive function, and various adhesives can be used. However, an adhesive excellent in thermal conductivity is preferable, and is the same as the thermal
この第1補強部材4は、基板21よりも熱膨張係数が小さい。これにより、基板21の熱膨張を抑えることができる。
The first reinforcing
また、第1補強部材4は、板状をなしている。これにより、第1補強部材4の構成を簡単かつ小型なものとすることができる。
Moreover, the
特に、第1補強部材4の基板21と反対側の面(すなわち上面)は、半導体素子3の基板21と反対側の面(すなわち上面)よりも基板21側(すなわち下側)に位置している。これにより、半導体パッケージ1を製造する際に、配線基板2上に第1補強部材4を接合した状態で半導体素子3を設置する場合、その半導体素子3の設置(マウント作業)の作業性が優れたものとなる。
In particular, the surface (that is, the upper surface) opposite to the
また、第1補強部材4の厚さが半導体素子3の厚さと同等またはそれ以下である。具体的には、第1補強部材4の厚さは、前述した半導体素子3の厚さよりも薄い。これにより、前述したような第1補強部材4の上面と半導体素子3の上面との位置関係を比較的簡単に実現することができる。なお、前述したような第1補強部材4の上面と半導体素子3の上面との位置関係を実現することができれば、第1補強部材4の厚さが半導体素子3の厚さより厚くてもよい。
Further, the thickness of the first reinforcing
また、半導体素子3の厚さをT1とし、第1補強部材4Aの厚さT2としたときに、T2/T1は、0.02以上1.2以下であるのが好ましく、0.1以上1以下であるのがより好ましい。半導体パッケージ1を製造する際に、配線基板2上に第1補強部材4を接合した状態で半導体素子3を設置する場合、その半導体素子3の設置(マウント作業)の作業性が優れたものとなる。また、第1補強部材4に必要な補強機能を確保することができる。
なお、第1補強部材4および半導体素子3を封止樹脂でモールドしてもよい。Further, when T1 is the thickness of the
The first reinforcing
本実施形態における第1補強部材4は、上記の点を除いて、第1半導体パッケージにおける第1補強部材と同様の材料を用いて同様に設けることができる。
The
なお、熱放散性の観点から、第1補強部材4の表面が粗化されていてもよい。第1補強部材4表面が粗化されていれば、表面積が増大し熱放散の効率が上がる。第1補強部材4表面の粗化方法は、特に限定されず、例えば化学的な薬液処理、機械的なサンドブラスト処理などにより実施することができる。
In addition, from the viewpoint of heat dissipation, the surface of the first reinforcing
第1補強部材4の表面粗度の大きさは、半導体素子3の発熱量、樹脂材料の構成、配線基板2の構成、第1補強部材4の形状、大きさ等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、算術平均で表される表面粗度が0.1μm以上100μm以下程度である。前記算術平均で表される表面粗度は、例えばJIS B 0601に準じて測定することができる。
The magnitude of the surface roughness of the first reinforcing
また、樹脂材料との密着性向上の観点から、第1補強部材4表面に銅皮膜が形成されていてもよい。銅については、樹脂材料との密着強度を向上させるための表面処理技術が数多く知られているため、第1補強部材4の形状、大きさ、樹脂材料の種類等に応じてその表面処理を適宜選択し、実施することができる。
Moreover, the copper membrane | film | coat may be formed in the
銅皮膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき処理、スパッタ処理等により実施することができる。 Although the formation method of a copper membrane is not specifically limited, For example, it can implement by plating processing, such as electrolytic plating and electroless plating, sputtering processing.
また、銅皮膜の平均厚さは、第1補強部材4の熱膨張係数に影響を及ぼさず、密着性向上の表面処理が可能な範囲で薄い方が好ましい。
The average thickness of the copper film is preferably as thin as possible without affecting the thermal expansion coefficient of the first reinforcing
[第2補強部材]
第2補強部材(スティフナー)5は、配線基板2の基板21の下面(他方の面)に接合されている。[Second reinforcing member]
The second reinforcing member (stiffener) 5 is joined to the lower surface (the other surface) of the
この第2補強部材5と基板21とは、接着剤を介して接合することができる。これにより、第2補強部材5の設置が簡単となる。
This
かかる接着剤としては、接着機能を有するものであれば、特に限定されず、各種接着剤を用いることができるが、熱伝導性に優れたものが好ましく、後述する熱伝導性材料6と同様のものを用いることができる。
Such an adhesive is not particularly limited as long as it has an adhesive function, and various adhesives can be used. However, an adhesive excellent in thermal conductivity is preferable, and is the same as the thermal
この第2補強部材5は、上記第1半導体パッケージにおける第2補強部材と同様のものを使用できるが、本実施形態においては第2補強部材5は、Fe−Ni系合金で構成されている。
Fe−Ni系合金としては、前述した第1補強部材4と同様のものを用いることができる。The second reinforcing
As the Fe—Ni alloy, the same material as the first reinforcing
また、第2補強部材5を構成するFe−Ni系合金は、第1補強部材4を構成するFe−Ni系合金と異なっていてもよいが、第1補強部材4を構成するFe−Ni系合金と同じであるのが好ましい。これにより、配線基板2の両面の熱膨張差を防止または抑制することができる。
Further, the Fe—Ni based alloy constituting the second reinforcing
なお、熱放散性の観点から、第2補強部材5の表面が粗化されていてもよい。第2補強部材5表面が粗化されていれば、表面積が増大し熱放散の効率が上がる。第2補強部材5表面の粗化方法は、特に限定されず、例えば化学的な薬液処理、機械的なサンドブラスト処理などにより実施することができる。
In addition, from the viewpoint of heat dissipation, the surface of the second reinforcing
第2補強部材5の表面粗度の大きさは、半導体素子3の発熱量、樹脂材料の構成、配線基板2の構成、第2補強部材5の形状、大きさ等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、算術平均で表される表面粗度が0.1μm以上100μm以下程度である。前記算術平均で表される表面粗度は、例えばJIS B 0601に準じて測定することができる。
The magnitude of the surface roughness of the second reinforcing
また、樹脂材料との密着性向上の観点から、第2補強部材5表面に銅皮膜が形成されていてもよい。銅については、樹脂材料との密着強度を向上させるための表面処理技術が数多く知られているため、第2補強部材5の形状、大きさ、樹脂材料の種類等に応じてその表面処理を適宜選択し、実施することができる。
Moreover, the copper film may be formed in the
銅皮膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき処理、スパッタ処理等により実施することができる。 Although the formation method of a copper membrane is not specifically limited, For example, it can implement by plating processing, such as electrolytic plating and electroless plating, sputtering processing.
また、銅皮膜の平均厚さは、第2補強部材5の熱膨張係数に影響を及ぼさず、密着性向上の表面処理が可能な範囲で薄い方が好ましい。
In addition, the average thickness of the copper film is preferably as thin as possible without affecting the thermal expansion coefficient of the second reinforcing
(半導体パッケージの製造方法)
以上説明したような半導体パッケージ1は、例えば、以下のようにして製造することができる。(Semiconductor package manufacturing method)
The
以下、図25に示されるように、第1半導体パッケージ1と同様に製造することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 25, it can be manufactured in the same manner as the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態を説明する。Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図26は、本発明の第2実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図26中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図26では、説明の便宜上、半導体パッケージの各部が誇張して描かれている。 FIG. 26 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to the second embodiment of the present invention. In the following description, for convenience of description, the upper side in FIG. 26 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”. In FIG. 26, for convenience of explanation, each part of the semiconductor package is exaggerated.
以下、第2実施形態の半導体パッケージについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図26において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。 Hereinafter, the semiconductor package of the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted. In FIG. 26, the same reference numerals are assigned to the same configurations as those in the above-described embodiment.
第2実施形態の半導体パッケージは、補強部材(第1補強部材)の構成が異なる以外は、第1実施形態とほぼ同様である。 The semiconductor package of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment except that the configuration of the reinforcing member (first reinforcing member) is different.
図26に示すように、半導体パッケージ1Aは、配線基板2の上面の、半導体素子3が接合されていない部分に、第1補強部材4Aが接合されている。
As shown in FIG. 26, in the
この第1補強部材4Aは、その内周面41Aが下側から上側に向けて拡がるように形成されている。すなわち、第1補強部材4Aの内側の側面(内周面41A)は、半導体素子3の側面との間の隙間の幅が基板21側(下側)に向けて漸減するように傾斜している。これにより、半導体パッケージ1を製造する際に、配線基板2上に第1補強部材4Aを接合した状態で半導体素子3を設置する場合、第1補強部材4Aの内周面41A(傾斜面)が半導体素子3を所望位置へ導く案内面として機能し、その半導体素子3の設置(マウント作業)の作業性を向上させることができる。
The first reinforcing
また、第1補強部材4Aの上面は、半導体素子3の上面よりも基板21側(すなわち下側)に位置している。また、本実施形態では、第1補強部材4Aの厚さが半導体素子3の厚さよりも薄い。なお、前述したような第1補強部材4Aの上面と半導体素子3の上面との位置関係を実現することができれば、第1補強部材4の厚さは、前述した半導体素子3の厚さより厚くてもよい。
Further, the upper surface of the first reinforcing
本実施形態では、第1補強部材4Aの内周面(内側の側面)41Aは、平坦面となっているが、内側を凸とする湾曲面であってもよい。
In the present embodiment, the inner peripheral surface (inner side surface) 41A of the first reinforcing
以上説明したような第2実施形態の半導体パッケージ1Aによっても、製造時の作業性を優れたものとするとともに、半導体素子の熱による不具合の発生を防止することができる。
Also with the
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態を説明する。<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図27は、本発明の第3実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図27中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図27では、説明の便宜上、半導体パッケージの各部が誇張して描かれている。 FIG. 27 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to the third embodiment of the present invention. In the following description, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 27 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”. In FIG. 27, for convenience of explanation, each part of the semiconductor package is exaggerated.
以下、第3実施形態の半導体パッケージについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図27において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。 Hereinafter, the semiconductor package of the third embodiment will be described focusing on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted. In FIG. 27, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.
第3実施形態の半導体パッケージは、補強部材(第1補強部材)の構成が異なる以外は、第1実施形態とほぼ同様である。 The semiconductor package of the third embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the configuration of the reinforcing member (first reinforcing member) is different.
図27に示すように、半導体パッケージ1Bは、配線基板2の上面の、半導体素子3が接合されていない部分に、第1補強部材4Bが接合されている。
As shown in FIG. 27, in the
この第1補強部材4Bは、その外側から内側に向けて厚さが漸減している。本実施形態では、第1補強部材4Bの厚さは、外側から内側に向けて連続的に変化している。このように、第1補強部材4Bの内側の厚さを外側の厚さよりも薄くすることにより、第1補強部材4Bの必要な強度を確保するとともに、半導体パッケージ1を製造する際に、配線基板2上に第1補強部材4Bを接合した状態で半導体素子3を設置する場合、その半導体素子3の設置(マウント作業)の作業性を向上させることができる。
The thickness of the first reinforcing
また、第1補強部材4Bの上面(最上部)は、半導体素子3の上面よりも基板21側(すなわち下側)に位置している。また、本実施形態では、第1補強部材4Bの厚さ(最大厚さ)が半導体素子3の厚さよりも薄い。なお、前述したような第1補強部材4Bの上面と半導体素子3の上面との位置関係を実現することができれば、第1補強部材4Bの厚さ(最大厚さ)は、前述した半導体素子3の厚さより厚くてもよい。
In addition, the upper surface (uppermost portion) of the first reinforcing
本実施形態では、第1補強部材4Bの上面(配線基板2と反対側の面)は、平坦面となっているが、上側(配線基板2と反対側)を凸とする湾曲面であってもよい。
In the present embodiment, the upper surface (surface opposite to the wiring board 2) of the first reinforcing
以上説明したような第3実施形態の半導体パッケージ1Bによっても、製造時の作業性を優れたものとするとともに、半導体素子の熱による不具合の発生を防止することができる。
(半導体装置)
次に、半導体装置の製造方法および半導体装置について好適な実施形態に基づいて説明する。Even with the
(Semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device will be described based on preferred embodiments.
図28は、本発明の半導体装置の実施形態の一例を模式的に示す断面図である。
図28に示すように、半導体装置100は、マザーボード(基板)200と、このマザーボード200に搭載された半導体パッケージ1とを有している。FIG. 28 is a cross-sectional view schematically showing an example of an embodiment of a semiconductor device of the present invention.
As shown in FIG. 28, the
このような半導体装置100においては、半導体パッケージ1の金属バンプ71がマザーボード200の端子(図示せず)に接合されている。これにより、半導体パッケージ1とマザーボード200とが電気的に接続され、これらの間で電気的信号の伝送が行われる。また、この接合部を介して、半導体パッケージ1の熱をマザーボード200へ逃すことができる。
In such a
また、半導体パッケージ1の伝熱バンプ91がマザーボード200の放熱用の端子(図示せず)に接合されている。この接合部を介して、半導体パッケージ1の熱をマザーボード200へ効率的に逃すことができる。このような伝熱バンプ91は、前述した金属バンプ71と同様の構成材料で構成されている場合、金属バンプ71の接合と同時に一括してマザーボード200に対して接合を行うことができる。
Further, the heat transfer bumps 91 of the
以上説明したような半導体装置100によれば、前述したような放熱性および信頼性に優れた半導体パッケージ1を備えるので、信頼性に優れる。
According to the
次に、本発明の第6半導体パッケージを説明する。 Next, a sixth semiconductor package of the present invention will be described.
本発明の第6半導体パッケージは、第1補強部材および第2補強部材について特に着目されており、特に記載した場合以外は、第1半導体パッケージと同様の構成を具備する。 The sixth semiconductor package of the present invention pays particular attention to the first reinforcing member and the second reinforcing member, and has the same configuration as that of the first semiconductor package unless otherwise specified.
なお、本明細書において、特に断りのない限り、熱膨張係数とは、配線基板2の板面に平行な方向(面方向)での30℃〜300℃の熱膨張係数を言う。
In this specification, unless otherwise specified, the thermal expansion coefficient refers to a thermal expansion coefficient of 30 ° C. to 300 ° C. in a direction (plane direction) parallel to the plate surface of the
本実施形態における第1補強部材4は、基板21よりも熱膨張係数が小さい。これにより、基板21の熱膨張を抑えることができる。そして、半導体素子3が配線基板2の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
The first reinforcing
特に、第1補強部材4は、第2補強部材5とは異なる熱膨張係数を有する。これにより、第1補強部材4と第2補強部材5との熱膨張係数差に起因して配線基板2に作用する力により、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因して配線基板2に作用する力を相殺または緩和させることができる。そのため、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。なお、第1補強部材4の熱膨張係数と第2補強部材5の熱膨張係数との関係については、第2補強部材5の熱膨張係数の説明とともに、後に詳述する。
In particular, the first reinforcing
本実施形態における第1補強部材4としては、上記第1半導体パッケージにおける第1補強部材と同様のものを使用することができる。
なお、熱放散性の観点から、第1補強部材4の表面が粗化されていてもよい。第1補強部材4の表面が粗化されていれば、表面積が増大し熱放散の効率が上がる。第1補強部材4の表面の粗化方法は、特に限定されず、例えば化学的な薬液処理、機械的なサンドブラスト処理などにより実施することができる。As the
In addition, from the viewpoint of heat dissipation, the surface of the first reinforcing
第1補強部材4の表面粗度の大きさは、半導体素子3の発熱量、樹脂材料の構成、基板21の構成、第1補強部材4の形状、大きさ等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、算術平均で表される表面粗度が0.1μm以上100μm以下程度である。前記算術平均で表される表面粗度は、例えばJIS B 0601に準じて測定することができる。
The magnitude of the surface roughness of the first reinforcing
また、樹脂材料との密着性向上の観点から、第1補強部材4の表面に銅皮膜が形成されていてもよい。銅については、樹脂材料との密着強度を向上させるための表面処理技術が数多く知られているため、第1補強部材4の形状、大きさ、樹脂材料の種類等に応じてその表面処理を適宜選択し、実施することができる。
In addition, a copper film may be formed on the surface of the first reinforcing
銅皮膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき処理、スパッタ処理等により実施することができる。 Although the formation method of a copper membrane is not specifically limited, For example, it can implement by plating processing, such as electrolytic plating and electroless plating, sputtering processing.
また、銅皮膜の平均厚さは、第1補強部材4の熱膨張係数に影響を及ぼさず、密着性向上の表面処理が可能な範囲で薄い方が好ましい。
The average thickness of the copper film is preferably as thin as possible without affecting the thermal expansion coefficient of the first reinforcing
[第2補強部材]
第2補強部材5は、前述した第1補強部材4と同様、基板21よりも熱膨張係数が小さい。[Second reinforcing member]
The second reinforcing
特に、本実施形態における第2補強部材5は、前述した第1補強部材4とは異なる熱膨張係数を有する。このように第1補強部材4の熱膨張係数と第2補強部材5の熱膨張係数とが互いに異なることにより、第1補強部材4と第2補強部材5との熱膨張係数差に起因して配線基板2を反らせる方向に作用する力(第1の力)を生じさせることができる。このような力(第1の力)を、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因して配線基板2を反らせる方向に作用する力(第2の力)と反対方向に生じさせることにより、これらの力を相殺または緩和させることができる。そのため、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
In particular, the second reinforcing
このような第1補強部材4の熱膨張係数と第2補強部材5の熱膨張係数との差は、基板21(あるいは配線基板2)の熱膨張または熱収縮に伴う反りを防止または抑制するように設定されている。
The difference between the coefficient of thermal expansion of the first reinforcing
具体的に説明すると、第2補強部材5の熱膨張係数は、第1補強部材4の熱膨張係数と異なり、かつ、配線基板2の熱膨張または熱収縮に伴う反りを防止または抑制し得るものであればよく、特に限定されないが、第1補強部材4の熱膨張係数よりも小さいのが好ましい。
More specifically, the thermal expansion coefficient of the second reinforcing
通常、配線基板2の熱膨張係数は半導体素子3の熱膨張係数よりも大きくなる。そのため、配線基板2が半導体素子3よりも大きく熱膨張しようとし、配線基板2の外周部が半導体素子3側に変位する方向の力(第2の力)が生じる。一方、第2補強部材5の熱膨張係数を第1補強部材4の熱膨張係数よりも小さくすると(すなわち、第1補強部材4の熱膨張係数を第2補強部材5の熱膨張係数よりも大きくすると)、第1補強部材4が第2補強部材5よりも大きく熱膨張しようとし、配線基板2の外周部が半導体素子3とは反対側へ変位する方向の力(第2の方向と反対方向の第1の力)が生じる。したがって、このような2つの力(第1の力および第2の力)を互いに相殺させることができる。その結果、配線基板2の熱膨張に起因する反りを防止または抑制することができる。
Usually, the thermal expansion coefficient of the
本実施形態の第2補強部材5としては、上記第1半導体パッケージにおける第2補強部材と同様のものを使用できる。
また、第2補強部材5の構成材料としては、特に限定されないが、前述した第1補強部材4の構成材料と同様のものを用いることができる。As the
The constituent material of the second reinforcing
しかしながら、第2補強部材5の構成材料は、第1補強部材4の構成材料と異なるのが好ましい。これにより、前述したような第1補強部材4および第2補強部材5の熱膨張係数差を容易に設定することができる。
However, the constituent material of the second reinforcing
また、第2補強部材5の平均厚さは、配線基板2の熱膨張係数、配線基板2の第1補強部材4および第2補強部材5の形状、大きさ、構成材料等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、0.02mm以上0.8mm以下程度である。
The average thickness of the second reinforcing
また、熱放散性の観点から、第2補強部材5の表面が粗化されていてもよい。第2補強部材5の表面が粗化されていれば、表面積が増大し熱放散の効率が上がる。第2補強部材5の表面の粗化方法は、特に限定されず、例えば化学的な薬液処理、機械的なサンドブラスト処理などにより実施することができる。
Further, the surface of the second reinforcing
第2補強部材5の表面粗度の大きさは、半導体素子3の発熱量、樹脂材料の構成、基板21の構成、第2補強部材5の形状、大きさ等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、算術平均で表される表面粗度が0.1μm以上100μm以下程度である。前記算術平均で表される表面粗度は、例えばJIS B 0601に準じて測定することができる。
The magnitude of the surface roughness of the second reinforcing
また、樹脂材料との密着性向上の観点から、第2補強部材5の表面に銅皮膜が形成されていてもよい。銅については、樹脂材料との密着強度を向上させるための表面処理技術が数多く知られているため、補強部材の形状、大きさ、樹脂材料の種類等に応じてその表面処理を適宜選択し、実施することができる。
In addition, a copper film may be formed on the surface of the second reinforcing
銅皮膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき処理、スパッタ処理等により実施することができる。 Although the formation method of a copper membrane is not specifically limited, For example, it can implement by plating processing, such as electrolytic plating and electroless plating, sputtering processing.
また、銅皮膜の平均厚さは、第2補強部材5の熱膨張係数に影響を及ぼさず、密着性向上の表面処理が可能な範囲で薄い方が好ましい。
In addition, the average thickness of the copper film is preferably as thin as possible without affecting the thermal expansion coefficient of the second reinforcing
以上説明したように構成された半導体パッケージ1によれば、第1補強部材4と第2補強部材5との熱膨張係数差に起因して配線基板2に作用する力により、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因して配線基板2に作用する力を相殺または緩和させることができる。そのため、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
以上説明したような半導体装置100によれば、前述したような放熱性および信頼性に優れた半導体パッケージ1を備えるので、信頼性に優れる。According to the
According to the
以下、添付図面に基づき、本発明の第7半導体パッケージおよび半導体装置の好適な実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a seventh semiconductor package and a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<第1実施形態>
(半導体パッケージ)
まず、本実施形態の半導体パッケージを説明する。<First Embodiment>
(Semiconductor package)
First, the semiconductor package of this embodiment will be described.
図29は、本発明の実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図、図2は、図29に示す半導体パッケージを示す上面図、図3は、図29に示す半導体パッケージを示す下面図、図4は、図29に示す半導体パッケージの製造方法の一例を示す図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図29中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、各図では、それぞれ、説明の便宜上、半導体パッケージの各部が誇張して描かれている。 29 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view showing the semiconductor package shown in FIG. 29, and FIG. 3 is a bottom view showing the semiconductor package shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of a method for manufacturing the semiconductor package shown in FIG. In the following description, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 29 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”. In each figure, each part of the semiconductor package is exaggerated for convenience of explanation.
図29に示すように、半導体パッケージ1は、配線基板2と、この配線基板2上に搭載された半導体素子3と、第1補強部材4と、第2補強部材5と、熱伝導性材料6とを有する。第1補強部材4の平均厚さ(厚さ)と第2補強部材5の平均厚さとは異なっている。
As shown in FIG. 29, the
このような第7半導体パッケージ1によれば、半導体素子3と接合された部分以外の部分においても、配線基板2の両面が第1補強部材4および第2補強部材5により補強されるため、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。特に、第1補強部材4および第2補強部材5の熱膨張係数が配線基板2(具体的には後述する基板21)よりも小さいため、半導体素子3が配線基板2の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。そして、第1補強部材4の平均厚さと第2補強部材5の平均厚さとを異ならせることで、第1補強部材4が配線基板2に与える熱膨張の影響と第2補強部材5が配線基板2に与える熱膨張の影響とに差を生じさせることにより、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りをさらに抑制または防止することができる。
According to the
また、第1補強部材4および第2補強部材5を設けることにより、配線基板2自体の剛性を高める必要がなく、配線基板2の厚さを薄くすることができるので、配線基板2の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、第7半導体パッケージ1は、半導体素子3からの熱を配線基板2を介して逃すことができ、放熱性に優れる。また、第1補強部材4および第2補強部材5の構成材料を適宜選択することにより、半導体パッケージ1の放熱性を高めることもできる。
Further, by providing the first reinforcing
このようなことから、半導体素子3および配線基板2の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
For this reason, since the temperature rise of the
以下、半導体パッケージ1の各部を順次詳細に説明する。
[配線基板]
本実施形態では、例えば、第1半導体パッケージが使用できる配線基板を使用できる。Hereinafter, each part of the
[Wiring board]
In the present embodiment, for example, a wiring board that can use the first semiconductor package can be used.
[半導体素子]
本実施形態では、例えば、第1半導体パッケージが使用できる半導体素子を使用できる。[Semiconductor element]
In the present embodiment, for example, a semiconductor element that can use the first semiconductor package can be used.
[第1補強部材]
本実施形態では、例えば、第1半導体パッケージが使用できる第1補強部材を使用できる。
なお、本実施形態では、第1補強部材4の基板21と反対側の面(すなわち上面)は、半導体素子3の基板21と反対側の面(すなわち上面)よりも基板21側(すなわち下側)に位置している。[First reinforcing member]
In the present embodiment, for example, a first reinforcing member that can use the first semiconductor package can be used.
In the present embodiment, the surface of the first reinforcing
また、第1補強部材4の平均厚さ(厚さ)(第1補強部材4の基板21の厚さ方向の長さ)は、半導体素子3の平均厚さと同等またはそれ以下であることが好ましい。本実施形態では、第1補強部材4の平均厚さは、半導体素子3の平均厚さよりも薄い。これにより、前述したような第1補強部材4の上面と半導体素子3の上面との位置関係を比較的簡単に実現することができる。なお、第1補強部材4の平均厚さが半導体素子3の平均厚さより厚くてもよいことは、言うまでもない。
The average thickness (thickness) of the first reinforcing member 4 (the length of the first reinforcing
また、半導体素子3の平均厚さをt3とし、第1補強部材4の厚さt1としたときに、t1/t3は、0.02〜1.2であるのが好ましく、0.1〜1であるのがより好ましい。これにより、半導体パッケージ1を製造する際に、配線基板2上に第1補強部材4を接合した状態で半導体素子3を設置する場合、その半導体素子3の設置(マウント作業)の作業性が優れたものとなる。また、第1補強部材4に必要な補強機能を確保することができる。
なお、第1補強部材4および半導体素子3を封止樹脂でモールドしてもよい。Further, when the average thickness of the
The first reinforcing
また、第1補強部材4は、半導体素子3の周囲を囲むように設けられている。本実施形態では、第1補強部材4は、半導体素子3を囲むように環状(より具体的には四角環状)をなしている。すなわち、第1補強部材4は、周囲に偏在した枠状をなしている。これにより、第1補強部材4による配線基板2の剛性を高める効果を優れたものとすることができる。
The first reinforcing
また、第1補強部材4は、半導体素子3の全周に亘って、その半導体素子3から離間するように設けられている。すなわち、半導体パッケージ1は、半導体素子3の全周に亘って、第1補強部材4と半導体素子3との間に隙間を有し、その隙間に後述する熱伝導性材料6が充填されている。
The first reinforcing
また、第1補強部材4は、半導体素子3との間の距離(第1補強部材4の内周面41と半導体素子3の外周面33との間の距離)、すなわち、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間の幅が、半導体素子3の全周に亘って一定となるように形成されている。これにより、第1補強部材4および半導体素子3の一体性が増し、これらによる配線基板2の補強効果が好適に発揮される。また、熱伝導性材料6を介した半導体素子3から第1補強部材への伝熱を効率的かつ均一に生じさせることができる。
Further, the first reinforcing
また、第1補強部材4と半導体素子3との間の距離は、特に限定されないが、0.1〜5mm程度であることが好ましく、0.1〜2mm程度であることがより好ましい。これにより、配線基板2の補強効果が好適に発揮される。
Moreover, the distance between the
なお、第1補強部材4と半導体素子3との間の距離は、一定でなくてもよく、また、第1補強部材4と半導体素子3とが、その一部で接触していてもよい。
The distance between the first reinforcing
また、第1補強部材4は、半導体素子3との熱膨張係数差が7ppm/℃以下であるのが好ましい。これにより、半導体素子3および第1補強部材4が一体的に配線基板2を補強し、半導体パッケージ1全体の熱膨張を抑えることができる。
The first reinforcing
また、第1補強部材4の構成材料としては、例えば、上記第1半導体パッケージの第1補強部材と同様の材料を使用できる。
また、第1補強部材4の平均厚さは、配線基板2の熱膨張係数、第1補強部材4および第2補強部材5の形状、大きさ、構成材料等に応じて決められるものであり、第2補強部材5の平均厚さと異なっていれば特に限定されないが、例えば、0.02mm以上0.8mm以下程度である。なお、この第1補強部材4の平均厚さについては、第2補強部材5の平均厚さとともに後で詳述する。Moreover, as a constituent material of the
The average thickness of the first reinforcing
また、熱放散性の観点から、第1補強部材4の表面が粗化されていてもよい。第1補強部材4の表面が粗化されていれば、表面積が増大し熱放散の効率が上がる。第1補強部材4の表面の粗化方法は、特に限定されず、例えば化学的な薬液処理、機械的なサンドブラスト処理などにより実施することができる。
Moreover, the surface of the
第1補強部材4の表面粗度の大きさは、半導体素子3の発熱量、樹脂材料の構成、基板21の構成、第1補強部材4の形状、大きさ等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、算術平均で表される表面粗度が0.1μm以上100μm以下程度である。前記算術平均で表される表面粗度は、例えばJIS B 0601に準じて測定することができる。
The magnitude of the surface roughness of the first reinforcing
また、樹脂材料との密着性向上の観点から、第1補強部材4の表面に銅皮膜が形成されていてもよい。銅については、樹脂材料との密着強度を向上させるための表面処理技術が数多く知られているため、第1補強部材4の形状、大きさ、樹脂材料の種類等に応じてその表面処理を適宜選択し、実施することができる。
In addition, a copper film may be formed on the surface of the first reinforcing
銅皮膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき処理、スパッタ処理等により実施することができる。 Although the formation method of a copper membrane is not specifically limited, For example, it can implement by plating processing, such as electrolytic plating and electroless plating, sputtering processing.
また、銅皮膜の平均厚さは、第1補強部材4の熱膨張係数に影響を及ぼさず、密着性向上の表面処理が可能な範囲で薄い方が好ましい。
The average thickness of the copper film is preferably as thin as possible without affecting the thermal expansion coefficient of the first reinforcing
[熱伝導性材料]
また、本実施形態では、図29および図2に示すように、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間に、基板21よりも熱伝導性の高い熱伝導性材料6が充填されている。これにより、半導体素子3から熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へ効率的に熱を伝達することができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。[Thermal conductive material]
In the present embodiment, as shown in FIGS. 29 and 2, the gap between the first reinforcing
また、熱伝導性材料6は、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間の全部または一部に充填されるが、本実施形態では、熱伝導性材料6は、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間全体に充填されている。これにより、半導体素子3からの熱を熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へさらに効率的に伝達することができる。
Moreover, although the heat
また、熱伝導性材料6の熱伝導率は、0.5〜100W/(m・K)程度であることが好ましく、1〜50W/(m・K)程度であることがより好ましい。これにより、半導体素子3からの熱を熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へさらに効率的に伝達することができる。
The thermal conductivity of the heat
このような熱伝導性材料6としては、特に限定されないが、例えば、無機フィラーおよび樹脂材料(樹脂材料とその樹脂材料に配合された無機フィラー)を含んで構成された樹脂組成物が挙げられる。
The heat
また、熱伝導性材料6としては、導電性を有するものと絶縁性を有するものとのいずれでも用いることができるが、絶縁性を有するものが好ましい。これにより、熱伝導性材料6を介する不本意な短絡を防止することができる。
Moreover, as the heat
熱伝導性材料6(樹脂組成物)に用いる無機フィラー(無機充填材)としては、上記第1半導体パッケージで使用したものと同じものを使用できる。 As the inorganic filler (inorganic filler) used for the heat conductive material 6 (resin composition), the same one used in the first semiconductor package can be used.
また、熱伝導性材料6(樹脂組成物)に用いる樹脂材料としても、上記第1半導体パッケージで使用したものと同じものを使用できる。
なお、熱伝導性材料6を省略してもよいことは、言うまでもない。Further, as the resin material used for the heat conductive material 6 (resin composition), the same material as that used in the first semiconductor package can be used.
Needless to say, the heat
[第2補強部材]
第2補強部材(スティフナー)5は、配線基板2の基板21の下面(他方の面)に接合されている。[Second reinforcing member]
The second reinforcing member (stiffener) 5 is joined to the lower surface (the other surface) of the
この第2補強部材5と基板21とは、接着剤を介して接合することができる。これにより、第2補強部材5の設置が簡単となる。
This
かかる接着剤としては、接着機能を有するものであれば、特に限定されず、各種接着剤を用いることができるが、熱伝導性に優れたものが好ましく、前述した熱伝導性材料6と同様のものを用いることができる。
Such an adhesive is not particularly limited as long as it has an adhesive function, and various adhesives can be used. However, an adhesive excellent in thermal conductivity is preferable, and is the same as the above-described thermal
この第2補強部材5は、前述した第1補強部材4と同様、基板21よりも熱膨張係数が小さい。また、本実施形態における第2補強部材としては、上記第1半導体パッケージの第2補強部材を使用することができる。
The second reinforcing
また、第2補強部材5の構成材料としては、特に限定されず、前述した第1補強部材4の構成材料と同様のものを用いることができ、例えば、金属材料、セラミックス材料等を用いることができるが、金属材料を用いるのが好ましい。第2補強部材5が金属材料で構成されていると、第2補強部材5の放熱性を高めることができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。なお、第2補強部材5の構成材料と第1補強部材4の構成材料とは、同一でもよく、また、異なっていてもよいが、本実施形態では、同一とし、第2補強部材5の平均厚さと第1補強部材4の平均厚さとを異ならせることで、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止する。
Moreover, it does not specifically limit as a constituent material of the
また、第2補強部材5の平均厚さは、配線基板2の熱膨張係数、第1補強部材4および第2補強部材5の形状、大きさ、構成材料等に応じて決められるものであり、第1補強部材4の平均厚さと異なっていれば特に限定されないが、例えば、0.02mm以上0.8mm以下程度である。
The average thickness of the second reinforcing
ここで、本実施形態では、半導体素子3の平均厚さが比較的厚く設定されている。この場合、半導体素子3の平均厚さをt3、基板21の平均厚さをt4としたとき、t3/t4は、0.5以上であることが好ましく、0.75以上であることがより好ましく、0.75以上2.5以下であることがさらに好ましい。
Here, in this embodiment, the average thickness of the
そして、第2補強部材5の平均厚さは、第1補強部材4の平均厚さよりも厚く設定されている。これにより、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。その理由は、下記の通りである。
The average thickness of the second reinforcing
まず、配線基板2の上面には、半導体素子3が設けられており、また、第1補強部材4は、周囲に偏在した枠状をなし、第2補強部材5は、ほぼ均等な形状をなしているので、第1補強部材4の平均厚さと第2補強部材5の平均厚さとを同一にすると、熱膨張により配線基板2が反ってしまう。このため、第1補強部材4の平均厚さと第2補強部材5の平均厚さとを異ならせることで、微調整を行って、熱膨張に起因する配線基板2の反りを防止する。
First, the
また、配線基板2の上面には、熱膨張係数の小さい半導体素子3および第1補強部材4がほぼ全面に亘って設置されている。それとは逆に、配線基板2の下面に設置されている第2補強部材5は、後述するマザーボード200(図30参照)と接続するための金属バンプ71を形成するための開口部51を有しているため、その数が多くかつ第2補強部材5の平均厚さが薄い場合には、半導体素子3と配線基板2の熱膨張係数差に起因する反りの抑制または防止を十分に達成できない可能性がある。そのため、補強効果および反り抑制効果を十分なものとするために、第2補強部材の平均厚さを第1補強部材4の平均厚さよりも厚く設定する必要がある。
Further, on the upper surface of the
また、第1補強部材4の平均厚さは、半導体素子3の平均厚さとの関係で、あまり厚くすることができない。一方、半導体素子3の平均厚さが比較的厚いので、それに対応して、第2補強部材5の平均厚さを比較的厚くする必要がある。これにより、第2補強部材5の平均厚さは、第1補強部材4の平均厚さよりも厚く設定される。
Further, the average thickness of the first reinforcing
また、第1補強部材の平均厚さをt1、第2補強部材の平均厚さをt2としたとき、t1/t2は、0.02〜0.98であることが好ましく、0.2〜0.8であることがより好ましい。 Further, when the average thickness of the first reinforcing member is t1, and the average thickness of the second reinforcing member is t2, t1 / t2 is preferably 0.02 to 0.98, and preferably 0.2 to 0. .8 is more preferable.
これにより、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
Thereby, the curvature of the
また、第1補強部材の上下方向から見たときとの(平面視での)面積をS1、第2補強部材の上下方向から見たときとの面積をS2としたとき、S1/S2は、0.1〜2であることが好ましく、0.3〜1.5であることがより好ましい。これにより、従来に比べ、室温時、および熱時の反りが小さく、温度サイクル試験等の信頼性試験に優れる。 When the area when viewed from the top and bottom direction of the first reinforcing member is S1, and when the area when viewed from the top and bottom direction of the second reinforcing member is S2, S1 / S2 is: It is preferably 0.1 to 2, and more preferably 0.3 to 1.5. Thereby, compared with the past, warpage at room temperature and heat is small and excellent in reliability tests such as a temperature cycle test.
また、熱放散性の観点から、第2補強部材5の表面が粗化されていてもよい。第2補強部材5の表面が粗化されていれば、表面積が増大し熱放散の効率が上がる。第2補強部材5の表面の粗化方法は、特に限定されず、例えば化学的な薬液処理、機械的なサンドブラスト処理などにより実施することができる。
Further, the surface of the second reinforcing
第2補強部材5の表面粗度の大きさは、半導体素子3の発熱量、樹脂材料の構成、基板21の構成、第2補強部材5の形状、大きさ等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、算術平均で表される表面粗度が0.1μm以上100μm以下程度である。前記算術平均で表される表面粗度は、例えばJIS B 0601に準じて測定することができる。
The magnitude of the surface roughness of the second reinforcing
また、樹脂材料との密着性向上の観点から、第2補強部材5の表面に銅皮膜が形成されていてもよい。銅については、樹脂材料との密着強度を向上させるための表面処理技術が数多く知られているため、補強部材の形状、大きさ、樹脂材料の種類等に応じてその表面処理を適宜選択し、実施することができる。
In addition, a copper film may be formed on the surface of the second reinforcing
銅皮膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき処理、スパッタ処理等により実施することができる。 Although the formation method of a copper membrane is not specifically limited, For example, it can implement by plating processing, such as electrolytic plating and electroless plating, sputtering processing.
また、銅皮膜の平均厚さは、第2補強部材5の熱膨張係数に影響を及ぼさず、密着性向上の表面処理が可能な範囲で薄い方が好ましい。
In addition, the average thickness of the copper film is preferably as thin as possible without affecting the thermal expansion coefficient of the second reinforcing
以上説明したように構成された第7半導体パッケージ1によれば、半導体素子3と接合された部分以外の部分においても、配線基板2の両面が第1補強部材4および第2補強部材5により補強されるため、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。特に、第1補強部材4および第2補強部材5の熱膨張係数が配線基板2よりも小さいため、半導体素子3が配線基板2の全面に亘って設けられているのと同様に、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。そして、第1補強部材4の平均厚さと第2補強部材5の平均厚さとを異ならせることで、第1補強部材4が配線基板2に与える熱膨張の影響と第2補強部材5が配線基板2に与える熱膨張の影響とに差を生じさせることにより、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りをさらに抑制または防止することができる。
According to the
また、第1補強部材4と半導体素子3との間の隙間に、基板21よりも熱伝導性の高い熱伝導性材料6が充填されているので、半導体素子3からの熱を熱伝導性材料6を介して第1補強部材4へ効率的に伝達し、その第1補強部材を介して逃がすことができ、放熱性に優れる。すなわち、半導体素子3からの熱は、熱伝導性材料6、第1補強部材4、伝熱ポスト24、第2補強部材5、伝熱バンプ91を経て、外部に放出され、これにより、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
In addition, since the gap between the first reinforcing
また、配線基板2の厚さを薄くすることができるので、配線基板2の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。そのため、半導体パッケージ1は、半導体素子3からの熱を配線基板2を介して逃すことができ、放熱性に優れる。
Moreover, since the thickness of the
また、第1補強部材4および第2補強部材5の構成材料を適宜選択することにより、半導体パッケージ1の放熱性を高めることもできる。
Moreover, the heat dissipation of the
このようなことから、半導体素子3および配線基板2の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
For this reason, since the temperature rise of the
(半導体パッケージの製造方法)
以上説明したような半導体パッケージ1は、例えば、上記第1半導体パッケージと同様に製造することができる。(Semiconductor package manufacturing method)
The
(半導体装置)
次に、半導体装置の製造方法および半導体装置について好適な実施形態に基づいて説明する。(Semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device will be described based on preferred embodiments.
図30は、本発明の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。
図30に示すように、半導体装置100は、マザーボード(基板)200と、このマザーボード200に搭載された半導体パッケージ1とを有している。FIG. 30 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 30, the
このような半導体装置100においては、半導体パッケージ1の金属バンプ71がマザーボード200の端子(図示せず)に接合されている。これにより、半導体パッケージ1とマザーボード200とが電気的に接続され、これらの間で電気的信号の伝送が行われる。また、この接合部を介して、半導体パッケージ1の熱をマザーボード200へ逃すことができる。
In such a
また、半導体パッケージ1の伝熱バンプ91がマザーボード200の放熱用の端子(図示せず)に接合されている。この接合部を介して、半導体パッケージ1の熱をマザーボード200へ効率的に逃すことができる。このような伝熱バンプ91は、前述した金属バンプ71と同様の構成材料で構成されている場合、金属バンプ71の接合と同時に一括してマザーボード200に対して接合を行うことができる。
Further, the heat transfer bumps 91 of the
以上説明したような半導体装置100によれば、前述したような放熱性および信頼性に優れた半導体パッケージ1を備えるので、信頼性に優れる。
According to the
<第2実施形態>
図31は、本発明の第2実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図31中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図31では、説明の便宜上、半導体パッケージの各部が誇張して描かれている。Second Embodiment
FIG. 31 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to the second embodiment of the present invention. In the following description, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 31 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”. In FIG. 31, for convenience of explanation, each part of the semiconductor package is exaggerated.
以下、第2実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted.
図31に示すように、第2実施形態の半導体パッケージ1では、第1補強部材4の基板21と反対側の面と、半導体素子3の基板21と反対側の面とが同一面上に位置している。
As shown in FIG. 31, in the
また、本実施形態では、半導体素子3の平均厚さが比較的薄く設定されている。この場合、半導体素子3の平均厚さをt3、基板21の平均厚さをt4としたとき、t3/t4は、0.5以下であることが好ましく、0.4以下であることがより好ましく、0.1以上0.4以下であることがさらに好ましい。
In this embodiment, the average thickness of the
そして、第1補強部材4の平均厚さは、第2補強部材5の平均厚さよりも厚く設定されている。これにより、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。その理由は、下記の通りである。
The average thickness of the first reinforcing
まず、第1補強部材4の平均厚さは、半導体素子3の平均厚さが薄くなり剛性が小さくなっているため、特に、熱膨張に起因する配線基板2の周囲(端部)の反りを防止するために比較的厚く設定される。一方、半導体素子3の平均厚さが比較的薄いので、配線基板2との熱膨張係数差に起因する反り量が大きくなってしまう。そのために、半導体パッケージ1の厚さ方向の対称性を向上させることが重要となり、第2補強部材5の平均厚さを比較的薄くする必要がある。これにより、第1補強部材4の平均厚さは、第2補強部材5の平均厚さよりも厚く設定される。
First, the average thickness of the first reinforcing
また、第1補強部材の平均厚さをt1、第2補強部材の平均厚さをt2としたとき、t1/t2は、1.1〜40であることが好ましく、1.5〜10であることがより好ましい。 Further, when the average thickness of the first reinforcing member is t1, and the average thickness of the second reinforcing member is t2, t1 / t2 is preferably 1.1 to 40, and preferably 1.5 to 10. It is more preferable.
これにより、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
なお、この第2実施形態は、前述した半導体装置にも適用することができる。Thereby, the curvature of the
The second embodiment can also be applied to the semiconductor device described above.
以上、本発明の半導体パッケージおよび半導体装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものでない。 As mentioned above, although the semiconductor package and semiconductor device of this invention were demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to these.
また、前述した実施形態では、第1補強部材4は、半導体素子3の全周に亘って、その半導体素子3を囲むように設けられていたが、これに限定されず、例えば、半導体素子3の周囲の一部に、欠損した部分(切り欠き)が形成されていてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the first reinforcing
また、前述した実施形態では、第1補強部材4と第2補強部材5とを接続する熱伝導部として、基板21を貫通する伝熱ポスト24を用いたが、これに限定されず、例えば、基板21の外側に設けた熱伝導部材(金属部材)を用いてもよい。この場合、伝熱性接着剤を用いて熱伝導部材を基板21、第1補強部材4および第2補強部材5に接着(接合)してもよいし、基板21の側面側から基板21、第1補強部材4および第2補強部材5を上下から銜えこむような形態としてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、第2補強部材5に形成される開口部は、各金属バンプ71と一対一で対応していなくてもよい。すなわち、第2補強部材5には、複数の金属バンプ71に対して1つが対応するように、開口部が形成されていてもよい。
Moreover, the opening part formed in the
本発明は、熱による不具合の発生を防止することができる半導体パッケージおよび半導体装置を提供することができる。 The present invention can provide a semiconductor package and a semiconductor device that can prevent the occurrence of defects due to heat.
1 半導体パッケージ
1A 半導体パッケージ
2 配線基板
2A 配線基板
3 半導体素子
3A 半導体素子
4 第1補強部材
4A 第1補強部材
5 第2補強部材
5A 第2補強部材
6 熱伝導性材料
6A 熱伝導性材料
11 接着剤
12 接着剤
21 基板
24 伝熱ポスト
25 基板
31 金属バンプ
31A 金属バンプ
32 接着層
32A 接着層
33 外周面
41 本体部
411 内周面
42 リブ
51 開口部
51A 開口部
52 部分
53 部分
71 金属バンプ
71A 金属バンプ
72 金属バンプ
81 絶縁材
81A 絶縁材
82 絶縁材
82A 絶縁材
91 伝熱バンプ
100 半導体装置
200 マザーボード
211 絶縁層
211A プリプレグ
212 絶縁層
213 絶縁層
214 絶縁層
215 絶縁層
221 導体パターン
221A 金属層
222 導体パターン
223 導体パターン
224 導体パターン
231 導体ポスト
232 導体ポスト
233 導体ポスト
234 導体ポスト
251 絶縁層
251A 絶縁層
252 絶縁層
252A 絶縁層
253 絶縁層
253A 絶縁層
261 導体パターン
261A 金属層
262 導体パターン
262A 金属層
263 導体パターン
263A 金属層
264 導体パターン
264A 金属層
271 導体ポスト
272 導体ポスト
273 導体ポスト
281 伝熱ポスト
282 伝熱ポスト
283 伝熱ポスト
291 絶縁層
292 絶縁層
2111 貫通孔
2511 貫通孔
2512 貫通孔
2521 貫通孔
2522 貫通孔
2531 貫通孔
2532 貫通孔
2912 開口部
2922 開口部DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor package 1A Semiconductor package 2 Wiring board 2A Wiring board 3 Semiconductor element 3A Semiconductor element 4 1st reinforcement member 4A 1st reinforcement member 5 2nd reinforcement member 5A 2nd reinforcement member 6 Thermal conductive material 6A Thermal conductive material 11 Adhesion Agent 12 Adhesive 21 Substrate 24 Heat transfer post 25 Substrate 31 Metal bump 31A Metal bump 32 Adhesive layer 32A Adhesive layer 33 Outer peripheral surface 41 Main body 411 Inner peripheral surface 42 Rib 51 Opening 51A Opening 52 Part 53 Part 71 Metal bump 71A Metal bump 72 Metal bump 81 Insulating material 81A Insulating material 82 Insulating material 82A Insulating material 91 Heat transfer bump 100 Semiconductor device 200 Mother board 211 Insulating layer 211A Prepreg 212 Insulating layer 213 Insulating layer 214 Insulating layer 215 Insulating layer 221 Conductive pattern 221A Metal layer 222 Conductor pattern 223 Conductor pattern 224 conductor pattern 231 conductor post 232 conductor post 233 conductor post 234 conductor post 251 insulation layer 251A insulation layer 252 insulation layer 252A insulation layer 253 insulation layer 253A insulation layer 261 conductor pattern 261A metal layer 262 conductor pattern 262A metal layer 263 conductor pattern 263A Metal layer 264 Conductor pattern 264A Metal layer 271 Conductor post 272 Conductor post 273 Conductor post 281 Heat transfer post 282 Heat transfer post 283 Heat transfer post 291 Insulating layer 292 Insulating layer 2111 Through hole 2511 Through hole 2512 Through hole 2521 Through hole 2522 Through Hole 2531 Through-hole 2532 Through-hole 2912 Opening 2922 Opening
Claims (65)
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材と、
前記基板の前記他方の面に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第2補強部材とを有することを特徴とする半導体パッケージ。A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board;
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A semiconductor package comprising: a second reinforcing member bonded to the other surface of the substrate and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate.
前記第2補強部材は、前記各金属バンプに非接触で前記各金属バンプを囲むように形成された複数の開口部を有する請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体パッケージ。A plurality of metal bumps are bonded to the surface of the second conductor pattern opposite to the substrate,
4. The semiconductor package according to claim 1, wherein the second reinforcing member has a plurality of openings formed so as to surround the metal bumps without contacting the metal bumps. 5.
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材とを有し、
前記第1補強部材の一部が前記半導体素子と接触していることを特徴とする半導体パッケージ。A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board;
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A part of said 1st reinforcement member is contacting the said semiconductor element, The semiconductor package characterized by the above-mentioned.
前記凸部が前記半導体素子と接触している請求項8に記載の半導体パッケージ。The first reinforcing member has a main body portion and a convex portion formed so as to protrude from the main body portion toward the semiconductor element,
The semiconductor package according to claim 8, wherein the convex portion is in contact with the semiconductor element.
前記本体部の前記基板側の面と、前記凸部の前記基板側の面とが同一面上に位置している請求項9に記載の半導体パッケージ。The first reinforcing member has a plate shape,
The semiconductor package according to claim 9, wherein a surface of the main body portion on the substrate side and a surface of the convex portion on the substrate side are located on the same surface.
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材とを有し、
前記第1補強部材と前記半導体素子との間に隙間を有し、該隙間の全部または一部に、前記基板よりも熱伝導性の高い熱伝導性材料を充填したことを特徴とする半導体パッケージ。A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board;
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A semiconductor package comprising a gap between the first reinforcing member and the semiconductor element, wherein all or a part of the gap is filled with a thermally conductive material having a higher thermal conductivity than the substrate. .
前記熱伝導性材料は、前記隙間全体に充填されている請求項19に記載の半導体パッケージ。The first reinforcing member surrounds the periphery of the semiconductor element, and is provided so that a gap is formed between the semiconductor element and the entire circumference of the semiconductor element.
The semiconductor package according to claim 19, wherein the thermal conductive material is filled in the entire gap.
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材と、
前記第1補強部材および前記半導体素子の前記基板と反対側の面に、前記第1補強部材と前記半導体素子との間にまたがるように設置され、前記基板よりも熱伝導性の高い第1の熱伝導部とを有することを特徴とする半導体パッケージ。A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board;
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
The first reinforcing member and the semiconductor element are disposed on a surface opposite to the substrate so as to straddle between the first reinforcing member and the semiconductor element, and have a first thermal conductivity higher than that of the substrate. A semiconductor package comprising a heat conducting portion.
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される板状の半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい板状の補強部材とを有し、
前記補強部材の前記基板と反対側の面が前記半導体素子の前記基板と反対側の面と同一面上またはそれよりも前記基板側に位置していることを特徴とする半導体パッケージ。A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board;
A plate-like semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A plate-like reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
The semiconductor package, wherein the surface of the reinforcing member opposite to the substrate is located on the same surface as the surface of the semiconductor element opposite to the substrate or closer to the substrate.
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材と、
前記基板の前記他方の面に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第2補強部材とを有し、
前記第1補強部材の前記基板と反対側の面が前記半導体素子の前記基板と反対側の面と同一面上またはそれよりも前記基板側に位置していることを特徴とする半導体パッケージ。A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board;
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A second reinforcing member bonded to the other surface of the substrate and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A semiconductor package, wherein a surface of the first reinforcing member opposite to the substrate is located on the same surface as the surface of the semiconductor element opposite to the substrate or closer to the substrate.
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材と、
前記基板の前記他方の面に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第2補強部材とを有し、
前記第1補強部材の熱膨張係数と前記第2補強部材の熱膨張係数とが互いに異なることを特徴とする半導体パッケージ。A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board;
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A second reinforcing member bonded to the other surface of the substrate and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A semiconductor package, wherein a thermal expansion coefficient of the first reinforcing member and a thermal expansion coefficient of the second reinforcing member are different from each other.
前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記基板の前記一方の面の、前記半導体素子が接合されていない部分に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第1補強部材と、
前記基板の前記他方の面に接合され、前記基板よりも熱膨張係数の小さい第2補強部材とを有し、
前記第1補強部材の平均厚さと前記第2補強部材の平均厚さとが異なることを特徴とする半導体パッケージ。A substrate, a first conductor pattern provided on one surface side of the substrate, and a second conductor pattern provided on the other surface side of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern. A wiring board;
A semiconductor element bonded to the one surface of the substrate and electrically connected to the first conductor pattern;
A first reinforcing member bonded to a portion of the one surface of the substrate where the semiconductor element is not bonded, and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
A second reinforcing member bonded to the other surface of the substrate and having a smaller coefficient of thermal expansion than the substrate;
The semiconductor package according to claim 1, wherein an average thickness of the first reinforcing member is different from an average thickness of the second reinforcing member.
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