TW202333314A - 半導體封裝及半導體裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明的半導體封裝，具有：有機基板，其具有電路；半導體晶片，其被搭載於前述有機基板的一個面的一部分，且與前述電路電性連接；及，金屬板，其被黏接於前述有機基板的一個面中之未搭載前述半導體晶片的區域的至少一部分，且沒有與前述電路電性連接；其中，構成前述金屬板的金屬的30～260℃的平均熱膨脹率為3～15ppm/℃。
Description
本發明關於一種半導體封裝及半導體裝置。
近年來，在電腦等的電子機器中，對使用的信號的高速化和大容量化加以發展，也對在這些電子機器中使用的半導體封裝的高積體化和高機能化加以發展。
半導體封裝，構成為將由矽等的無機化合物構成的半導體晶片搭載在包含樹脂等的有機基板上，所以會有因為半導體晶片與有機基板的熱膨脹率的差所產生的應力造成翹曲的情況發生。半導體封裝的翹曲，是使對主機板等的連接信賴性降低的主因，所以希望加以抑制。
作為抑制半導體封裝的翹曲的方法，對有機基板加以低熱膨脹化的方法是有效的。對有機基板加以低熱膨脹化，藉此減小半導體晶片與有機基板的熱膨脹率的差，而能夠抑制因為受到熱履歷時的翹曲所產生的應力的發生。
又，伴隨著半導體晶片的多機能化，使用可提高半導體晶片的散熱性之散熱構件(例如，參照專利文獻1)。通常，散熱構件是由熱傳導性優異的金屬構成，在提高散熱性的同時也會有擔當用以矯正半導體封裝的翹曲之補強構件的功能的情況。另外，以下說明中，會有將這種以散熱和補強為目的而設置的構件稱為「散熱補強構件」的情況。
[先前技術文獻]
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2017-126668號公報
[發明所欲解決的問題]
然而，近年來，伴隨著半導體晶片的多機能化，搭載半導體晶片之有機基板持續變大。依照本發明者的檢討，得知了在將半導體晶片搭載於大的有機基板的表面的一部分的情況，在室溫下的半導體封裝的翹曲量，與將半導體封裝搭載於主機板時的回焊溫度下的翹曲量的差變大。這種由溫度造成的翹曲的變化量的增大，是使半導體封裝的連接信賴性降低的主因，但是卻難以藉由先前方法來充分地加以抑制。
本實施形態，鑒於這種現狀且目的在於提供一種可抑制由溫度造成的翹曲的變化量之半導體封裝、及具有該半導體封裝之半導體裝置。
[解決問題的技術手段]
本發明人為了解決上述問題重複地進行有創意的研究的結果，發現能夠藉由下述的本實施形態來解決上述問題。
亦即，本實施形態關於下述[1]～[13]。
[1]一種半導體封裝，具有：
有機基板，其具有電路；
半導體晶片，其被搭載於前述有機基板的一個面的一部分，且與前述電路電性連接；及，
金屬板，其被黏接於前述有機基板的一個面中之未搭載前述半導體晶片的區域的至少一部分，且沒有與前述電路電性連接；
其中，構成前述金屬板的金屬的30～260℃的平均熱膨脹率為3～15ppm/℃。
[2]如[1]所述之半導體封裝，其中，構成前述金屬板的金屬，是從由銅和鎢的合金、銅和鉬的合金及不鏽鋼構成的群中選擇1種以上。
[3]如[2]所述之半導體封裝，其中，在前述銅和鎢的合金中的鎢的含有量為65～90質量%。
[4]如[2]或[3]所述之半導體封裝，其中，在前述銅和鉬的合金中的鉬的含有量為20～60質量%。
[5]如[2]～[4]的任一實施形態所述之半導體封裝，其中，在前述不鏽鋼中的鉻的含有量為10～25質量%。
[6]如[1]～[5]的任一實施形態所述之半導體封裝，其中，構成前述金屬板的金屬的楊氏模量為150GPa以上。
[7]如[1]～[6]的任一實施形態所述之半導體封裝，其中，構成前述金屬板的金屬的熱傳導率為20W/m・K以上。
[8]如[1]～[7]的任一實施形態所述之半導體封裝，其中，前述金屬板的厚度為0.5～5mm。
[9]如[1]～[8]的任一實施形態所述之半導體封裝，其中，前述有機基板的於俯視時的面積為900mm
2以上。
[10]如[1]～[9]的任一實施形態所述之半導體封裝，其中，前述有機基板的於俯視時的外形為矩形，該外形為矩形的有機基板的4邊的長度，個別為30mm以上。
[11]如[1]～[10]的任一實施形態所述之半導體封裝，其中，前述金屬板於俯視時具有開口部，在前述有機基板的自該開口部露出的一個面的至少一部分中搭載有前述半導體晶片。
[12]如[11]所述之半導體封裝，其中，前述金屬板的於俯視時的形狀為矩形的框狀。
[13]一種半導體裝置，具有[1]～[12]的任一實施形態所述之半導體封裝、及搭載有該半導體封裝之主機板。
[發明的效果]
依據本實施形態，能夠提供一種可抑制由溫度造成的翹曲的變化量之半導體封裝、及具有該半導體封裝之半導體裝置。
本說明書中，使用「～」來表示的數值範圍，表示以記載於「～」的前後的數值作為最小值和最大值並包含的範圍。
例如，數值範圍「X～Y」(X,Y為實數)的標示，是指X以上且Y以下的數值範圍。再者，本說明書中的「X以上」的記載，是指X及超過X的數值。又，本說明書中的「Y以下」的記載，是指Y及未滿Y的數值。
本說明書中記載的數值範圍的下限值和上限值，可個別地與其他數值範圍的下限值和上限值進行任意的組合。
本說明書中記載的數值範圍中，其數值範圍的下限值或上限值，也可以置換成在實施例表示的值。
本說明書中的「矩形」，包含完全的矩形和大致為矩形。「大致為矩形」，是指例如包含在邊的至少一部分包含曲線之矩形、具有倒R角的部分之矩形等。
本說明書中記載的作用機制是由推測而得，且沒有用以限定本實施形態的效果發揮的機制。
對本說明書的記載事項加以任意組合的態樣也包含於本實施形態。
[半導體封裝]
本實施形態的半導體封裝，具有：
有機基板，其具有電路；
半導體晶片，其被搭載於前述有機基板的一個面的一部分，且與前述電路電性連接；及，
金屬板，其被黏接於前述有機基板的一個面中之未搭載前述半導體晶片的區域的至少一部分，且沒有與前述電路電性連接；
其中，構成前述金屬板的金屬的30～260℃的平均熱膨脹率為3～15ppm/℃。
本實施形態的半導體封裝，雖然尚未確定其抑制溫度造成的翹曲的變化量的理由，但是推測為以下的理由。
為了抑制半導體封裝的翹曲，必須使有機基板的熱膨脹率趨近於半導體晶片的熱膨脹率。特別是在將半導體晶片搭載於大的有機基板的表面的一部分的情況，即便搭載有半導體晶片的區域的翹曲為比較小，也會對有機基板的整體形狀帶來大的影響，所以對於有機基板要求更高等級的低熱膨脹化。然而，在將上述散熱補強構件黏接於有機基板的情況下對有機基板加以低熱膨脹化時，在未搭載半導體晶片的區域中，以有機基板與散熱補強構件的熱膨脹率的差為起因，會產生半導體封裝的整體溫度造成的翹曲的變化量變大的問題。進一步，若將散熱補強構件設置在半導體晶片的表面上，則以半導體晶片與散熱補強構件或其黏接劑的熱膨脹率的差為起因會產生應力，使對溫度造成的翹曲的變化量的控制變得更加困難。
另一方面，本實施形態的半導體封裝，將30～260℃的平均熱膨脹率為3～15ppm/℃的金屬構成的金屬板作為散熱補強構件來使用。該金屬板的平均熱膨脹率與有機基板的熱膨脹率趨近，而能夠抑制以金屬板與有機基板的熱膨脹率的差為起因所產生的應力。進一步，將金屬板黏接於未搭載半導體晶片的區域，所以也能夠以抑制半導體晶片與金屬板或其黏接劑的熱膨脹率的差為起因所產生的應力。藉此，推測其一邊抑制對搭載有半導體晶片的區域的溫度造成的翹曲的變化量之影響，一邊有效地抑制在未搭載半導體晶片的區域的溫度造成的翹曲的變化量。
以下，一邊參照圖式一邊說明本實施形態。
另外，用於本說明書的說明的圖，為了方便會對成為主要部分的部分加以放大且簡略化地表示。因此，各構成要素的尺寸比例、數目等不一定與實際相同。
第1圖(a)是本實施形態的一態樣的半導體封裝10的於俯視時的示意圖；第1圖(b)是對應於第1圖(a)的A-A剖面的半導體封裝10的剖面的示意圖。又，第2圖，與第1圖(b)所示的半導體封裝10的剖面的示意圖相同且附加有用以說明各距離的符號。
半導體封裝10，具有：具有電路之有機基板1、半導體晶片2、及金屬板3。
＜具有電路之有機基板1＞
具有電路之有機基板1(以下，也簡稱為「有機基板1」)，是具有電路和絕緣層之基板，該絕緣層包含有機成分。
作為絕緣層，舉例有由將熱硬化性樹脂組成物含浸於纖維基材而獲得的預浸物、及使用熱硬化性樹脂組成物來形成的樹脂膜所構成的群組中選擇1種以上的硬化物的絕緣層等。
作為有機基板1的構成，舉例有在對1張的預浸物或對2張以上的預浸物的積層物加以硬化而形成的芯層的一個面或兩個面上，形成有電路；在上述芯層或形成有上述電路之芯層的一個面或兩個面上，將預浸物或樹脂膜的硬化物的絕緣層及電路，以層狀且交互的方式形成的增(build up)層等。又，有機基板1，也可以不具有芯層，而是由增層構成的無芯基板。
芯層，例如也可以使用昭和電工材料公司製造的銅箔基板(Copper Clad Laminate)之商品名稱為「MCL-E-679FG」、「MCL-E-700G(R)」、「MCL-E-705G」、「MCL-E-795G」等，也可以藉由加壓加熱沖壓(press)來形成預浸物。作為用於芯層的形成之預浸物，舉例有昭和電工材料公司製造的商品名稱為「GEA-679FG」、「GEA-700G(R)」、「GEA-705G」、「GEA-795G」等。
作為用於增層的形成之預浸物或樹脂膜：例如，作為預浸物，舉例有昭和電工材料公司製造的商品名稱為「GEA-679系列」、「GEA-700G(R)」、「GEA-705G」、「GEA-795G」、「GEA-78G」、「GH-100」、「GH-200」、「AS-400HS」、「GWA-900G」、「GW-910G」等；作為樹脂膜，舉例有味之素Fine-Techno公司製造的ABF(Ajinomoto Build-up Film)系列、「GX92」、「GX-T31」等。
個別地針對這些預浸物和樹脂膜，也可以單獨使用1種，也可以組合2種以上來使用。
在有機基板所具有的絕緣層的30～260℃的面方向上的平均熱膨脹率，從抑制以該絕緣層與半導體晶片的熱膨脹率的差為起因所造成的翹曲的觀點來看，較佳為3～16ppm/℃、更佳為4～15ppm/℃、進一步較佳為5～14ppm/℃、進一步更佳為6～12ppm/℃、也可以是7～9ppm/℃。
絕緣層的平均熱膨脹率，能夠藉由實施例所記載的方法來測定。
有機基板1，也可以對應於需要而具有導孔、通孔等。
導孔、通孔等，例如能夠使用鑽頭、雷射、電漿等來對絕緣層實行開孔來形成。
有機基板1所具有的電路，也可以是對積層於絕緣層的金屬箔加以電路加工來形成，也可以藉由電鍍法來形成。
作為電鍍法，舉例有無電解電鍍法、電解電鍍法等。
作為電鍍用的金屬，舉例有銅、金、銀、鎳、鉑、鉬、釕、鋁、鎢、鐵、鈦、鉻、包含這些金屬元素中之至少1種的合金等。這些中，也以銅為最佳。
作為形成電路的方法，例如能夠利用減成法、全加成法、半加成法(SAP：Semi Additive Process)、改良型半加成法(m-SAP：modified Semi Additive Process)等習知的方法。
有機基板1，也可以對應於需要而在最外層具有防焊漆(solder resist)層。
作為防焊漆層，例如能夠藉由將感光性樹脂組成物也就是防焊漆塗布在絕緣層和電路上且加以曝光顯像的方法來形成。
作為防焊漆，舉例有昭和電工材料公司製造的商品名稱為「SRF300」、「SR-F」等。
防焊漆層的厚度沒有特別限定，從信賴性和薄型化的觀點來看，較佳為5～40μm、更佳為7～30μm、進一步較佳為10～25μm。
有機基板1，在搭載有半導體晶片2側的面，具有用以電性連接半導體晶片2與電路之電極(未圖示)。
又，在有機基板1的與搭載有半導體晶片2側的面相反側的面，具有用以電性連接有機基板1的電路與主機板之電極(未圖示)。
這些電極，例如是由與上述電鍍用的金屬相同的金屬來形成。
有機基板1的厚度沒有特別限定，從加工性和容易處理性的觀點來看，較佳為0.1～5mm、更佳為0.3～3mm、進一步較佳為0.5～2mm。
另外，有機基板1的厚度，設為不包含形成於表面的電極的厚度之厚度。
有機基板1的於俯視時的外形為矩形。
於俯視時的外形為矩形的有機基板1的4邊的長度沒有特別限定，從半導體封裝的多機能化和大型化的觀點來看，個別是較佳為30mm以上、更佳為40mm以上、進一步較佳為50mm以上。又，於俯視時的外形為矩形的有機基板1的4邊的長度沒有特別限定，從半導體封裝的大型化的觀點來看，個別也可以是150mm以下、也可以是120mm以下、也可以是100mm以下也可以是70mm以下。
於俯視時的外形為矩形的有機基板的外形，也可以是正方形、也可以是長方形，較佳為正方形。
本實施形態的半導體封裝所具有的有機基板的於俯視時的外形不限定於矩形，例如也可以是在矩形的側緣具有凹凸的形狀、側緣的一部分被切除的形狀等的對應於希望的機能等的任何形狀。
有機基板1的於俯視時的面積沒有特別限定，從半導體封裝的多機能化和大型化的觀點來看，較佳為900mm
2以上、更佳為1,600mm
2以上、進一步較佳為2,500mm
2以上。又，有機基板1的於俯視時的面積沒有特別限定，從半導體封裝的大型化的觀點來看，也可以是22,500mm
2以下、也可以是14,400mm
2以下、也可以是10,000mm
2以下、也可以是4,900mm
2以下。
＜半導體晶片2＞
半導體晶片2被搭載於有機基板1的一個面，且電性連接於有機基板1所具有的電路。
另外，本實施形態中，半導體晶片，是指對在表面形成有由電晶體、電阻、電容器等的電子元件構成的積體電路之晶圓加以切斷而形成的半導體片。
作為半導體晶片2的材質，舉例有由矽、鍺等的相同種類的元素構成的元素半導體；砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、碳化矽等的化合物半導體等。
在半導體晶片2的電路形成面，形成有用以與基板的電極連接的凸塊。
作為凸塊，舉例有焊球、在銅柱的前端配置有焊料之凸塊、金螺栓凸塊(stud pump)等。
作為焊料的材質，舉例有錫、銀、銅等的合金焊料，較佳為注重接觸信賴性和環保的觀點。具體來說，較佳為舉例有SnAgCu系、SnCu系、SnAg系、SnAgCuBi系、SnZnBi系、SnAgInBi系等的無鉛銲料。
凸塊的高度沒有特別限定，例如10～300μm。
半導體晶片2與有機基板1的接合部分的間隙，從信賴性的觀點來看，也可以藉由液狀密封材料來密封。
半導體晶片2的於俯視時的外形為矩形。
於俯視時的外形為矩形的半導體晶片的外形，也可以是正方形、也可以是長方形，較佳為正方形。
本實施形態的半導體封裝所具有的半導體晶片的於俯視時的外形不限定於矩形，也可以具有對應於希望的機能等的矩形以外的形狀。
於俯視時的外形為矩形的半導體晶片2的4邊的長度能夠對應於希望的機能等來決定，例如個別也可以是5～100mm、也可以是10～80mm、也可以是12～60mm、也可以是15～50mm、也可以是18～40mm、也可以是20～30mm。
半導體晶片2的厚度能夠對應於希望的機能等來決定，例如也可以是0.1～5mm、也可以是0.3～3mm、也可以是0.5～1mm。
另外，半導體晶片2的厚度，設為不包含凸塊的厚度之厚度。
在半導體封裝10中，僅1個的半導體晶片2被搭載於有機基板1的一個面，但是本實施形態的半導體封裝不限定於該構成，也可以對應於希望的性能而將2個以上的半導體晶片2搭載於有機基板的一個面。例如，本實施形態的半導體封裝，也可以是在如第1圖(a)和第1圖(b)所示的半導體封裝10所具有的金屬板3的開口部4內搭載有2個以上的半導體晶片的態樣。
在半導體封裝10中，半導體晶片2露出在有機基板1上，本實施形態的半導體封裝所具有的半導體晶片，也可以對應於希望的機能等而藉由半導體密封材料來密封該半導體晶片的一部分或整面。
在半導體封裝10中，將半導體晶片2搭載於有機基板1的中央，本實施形態的半導體封裝，也可以對應於希望的機能等而將半導體晶片搭載於有機基板的中央以外的位置。
＜金屬板3＞
金屬板3，其被黏接於有機基板1的一個面中之未搭載半導體晶片2的區域的一部分，且沒有與有機基板1所具有的電路電性連接。
金屬板3，是由30～260℃的平均熱膨脹率為3～15ppm/℃的金屬構成的金屬板。
金屬板3，因為是金屬製所以散熱性優異，可提高半導體封裝的散熱性，並且藉由其剛性來擔當矯正半導體封裝10的翹曲之功能。進一步，減小金屬板3與有機基板1的熱膨脹率的差，所以具有金屬板3之半導體封裝，其可抑制溫度造成的翹曲的變化量。
構成金屬板3的金屬的30～260℃的平均熱膨脹率，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點來看，為3～15ppm/℃、較佳為4～15ppm/℃、更佳為5～14ppm/℃、進一步較佳為6～13ppm/℃、也可以是6～9ppm/℃。
金屬的30～260℃的平均熱膨脹率，能夠藉由實施例所記載的方法來測定。
構成金屬板3的金屬的30～260℃的平均熱膨脹率，與在有機基板1的30～260℃的面方向上的平均熱膨脹率的差[金屬的平均熱膨脹率-有機基板1的平均熱膨脹率]，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點來看，較佳為-5～10ppm/℃、更佳為-4～5ppm/℃、進一步較佳為-3～4ppm/℃、進一步更佳為-2～3ppm/℃、特佳為-1～2ppm/℃。
構成金屬板3的金屬，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點來看，較佳為銅合金、不鏽鋼；較佳為從由銅和鎢的合金、銅和鉬的合金及不鏽鋼構成的群中選擇1種以上；更佳為銅和鎢的合金。
在銅和鎢的合金中的鎢的含有量沒有特別限定，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點及散熱性的觀點來看，較佳為65～90質量%、更佳為70～87質量%、進一步較佳為75～85質量%。
在銅和鎢的合金中的銅和鎢的合計含有量沒有特別限定，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點來看，較佳為95～100質量%、更佳為97～100質量%、進一步較佳為99～100質量%、特佳為99.9～100質量%。
在銅和鉬的合金中的鉬的含有量沒有特別限定，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點及散熱性的觀點來看，較佳為20～60質量%、更佳為25～55質量%、進一步較佳為30～50質量%。
在銅和鉬的合金中的銅和鉬的合計含有量沒有特別限定，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點來看，較佳為95～100質量%、更佳為97～100質量%、進一步較佳為99～100質量%、特佳為99.9～100質量%。
在不鏽鋼中的鉻的含有量沒有特別限定，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點來看，較佳為10～25質量%、更佳為12～22質量%、進一步較佳為16～18質量%。
在不鏽鋼中的鐵的含有量沒有特別限定，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點來看，較佳為70～90質量%、更佳為74～88質量%、進一步較佳為77～86質量%、特佳為80～85質量%。
構成金屬板3的金屬的楊氏模量沒有特別限定，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點來看，較佳為150GPa以上、更佳為160GPa以上、進一步較佳為180GPa以上、進一步更佳為200GPa以上、特佳為250GPa以上。構成金屬板3的金屬的楊氏模量的上限沒有特別限定，從加工性和容易取得性的觀點來看，也可以是1,000GPa以下、也可以是600GPa以下、也可以是400GPa以下。
金屬的楊氏模量，能夠藉由實施例所記載的方法來測定。
構成金屬板3的金屬的熱傳導率沒有特別限定，從散熱性的觀點來看，較佳為20W/m・K以上、更佳為100W/m・K以上、進一步較佳為150W/m・K以上、進一步更佳為170W/m・K以上、特佳為190W/m・K以上。又，構成金屬板3的金屬的熱傳導率沒有特別限定，從容易取得性的觀點來看，也可以是500W/m・K以下、也可以是400W/m・K以下、也可以是300W/m・K以下。
金屬的熱傳導率，能夠藉由實施例所記載的方法來測定。
金屬板3的厚度沒有特別限定，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點、及輕量性的觀點來看，較佳為0.5～5mm、更佳為1～3.5mm、進一步較佳為1.5～2.5mm。
金屬板3，也可以對應於需要而施加以防鏽等為目的之電鍍等的表面處理。
半導體封裝10所具有的金屬板3的於俯視時的外形為矩形。
於俯視時的外形為矩形的金屬板3的4邊的長度能夠對應於有機基板的尺寸、希望的機能等來決定，在可收納於有機基板的面內的範圍中，例如個別也可以是30～150mm、也可以是40～120mm、也可以是45～100mm、也可以是50～70mm。
於俯視時的外形為矩形的金屬板的外形，也可以是正方形、也可以是長方形，較佳為正方形。
本實施形態的半導體封裝所具有的金屬板的於俯視時的外形不限定於矩形，例如也可以是在矩形的側緣具有凹凸的形狀、側緣的一部分被切除的形狀等的對應於希望的機能等的任何形狀。
半導體封裝10所具有的金屬板3，於俯視時具有開口部4。
本實施形態的半導體封裝，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點來看，較佳為金屬板於俯視時具有開口部，在有機基板的自該開口部露出的一個面的至少一部分中搭載有半導體晶片的態樣。
在半導體封裝10中，於俯視時，半導體晶片2搭載在開口部4內，其結果，金屬板3以連續地包圍半導體晶片2的周圍的方式形成。
本實施形態的半導體封裝，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點來看，較佳為如半導體封裝10般，於俯視時，金屬板以連續地包圍半導體晶片的周圍的方式形成。但是，為了對應於希望的機能等，金屬板也可以不是連續地包圍半導體晶片的周圍的金屬板。
金屬板3所具有的開口部4的於俯視時的外形為矩形。
於俯視時的外形為矩形的開口部4的4邊的長度能夠對應於半導體晶片的尺寸、希望的機能等來決定，在可將半導體晶片收納於開口部的範圍中，例如個別也可以是27～90mm、也可以是28～85mm、也可以是30～80mm、也可以是33～59mm、也可以是35～55mm、也可以是40～50mm。
於俯視時的形狀為矩形的開口部的形狀，也可以是正方形、也可以是長方形，較佳為正方形。
於俯視時的開口部的形狀不限定於矩形，也可以具有對應於希望的機能等的任何形狀。
半導體封裝10中，在半導體晶片2的端部與金屬板3的開口部4的邊緣，具有大致不變化的間隔。換句話說，半導體晶片2被搭載於金屬板3所具有的開口部4的中央。半導體晶片2的端部與金屬板3的開口部4的邊緣的間隔(第2圖的距離a)，能夠對應於希望的機能等來決定，例如也可以是1～17mm、也可以是5～13mm、也可以是8～12mm、也可以是9～10mm。
其中，本實施形態的半導體封裝中，在半導體晶片的端部與具有開口部之金屬板的開口部的邊緣，不一定要具有不變化的間隔，也可以對應於希望的機能等而設置不同尺寸的間隔，也可以是實質上不存在間隔的態樣。
如上述，金屬板3的外形及金屬板3所具有的開口部4的形狀，於俯視時任一個都是矩形，藉此，金屬板3的於俯視時的形狀，構成為矩形的框狀。構成金屬板3的外形的邊，個別地平行於對應於該邊之構成開口部4的邊緣的邊，且構成矩形的框狀的4邊的寬度(第2圖的距離b)較佳為不變化。
於俯視時為矩形的框狀的金屬板3，構成其矩形的4邊的寬度(第2圖的距離b)，能夠對應於希望的機能等來決定，例如個別也可以是1～20mm、也可以是2～19mm、也可以是3～18mm、也可以是4～17mm、也可以是5～14mm、也可以是6～10mm。
本實施形態的半導體封裝中，於俯視時為矩形的框狀的金屬板，構成其矩形的4邊的寬度，不一定要具有不變化的寬度，也可以對應於希望的機能等而具有不同尺寸的寬度。
於俯視時的有機基板1的一個面中，對於未搭載半導體晶片2的全部面積(100%)之黏接有金屬板3的面積的比率，從進一步良好地抑制溫度造成的翹曲的變化量的觀點來看，較佳為8～98%、更佳為15～90%、進一步較佳為30～80%、進一步更佳為40～75%、也可以是50～60%。
半導體封裝10中，有機基板1與金屬板3，於俯視時具有相同的外型，且於俯視時的兩者的外形的端部的位置一致。自提高作為散熱補強構件的機能的觀點來看，較佳為於俯視時的有機基板與金屬板的端部的位置一致的態樣，更佳為以於俯視時的有機基板的端部或者自端部起算5mm以內或2mm以內的位置作為起點，將金屬板朝向有機基板的內面側進行黏接的態樣，進一步較佳為於俯視時的有機基板的全部的端部或者自全部的端部起算5mm以內或2mm以內的位置作為起點，將金屬板朝向有機基板的內面側進行黏接的態樣。
金屬板的於俯視時的形狀、黏接位置、面積等，不限定於上述例子，能夠對應於想要的機能等來進行適當的調整。
＜半導體封裝的製造方法＞
接著，以半導體封裝10為例來說明本實施形態的半導體封裝。
半導體封裝10，能夠藉由將半導體晶片2搭載在有機基板1上且將金屬板3黏接於有機基板的方法來製造。
另外，將半導體晶片2搭載在有機基板1上的時期，及將金屬板3黏接在有機基板上的時期，任一時期先進行都可以，從生產性的觀點來看，較佳為將半導體晶片2搭載在有機基板1上的時期先進行。
作為將半導體晶片2搭載在有機基板1上的方法沒有特別限定，能夠採用先前習知的方法。具體來說，例如，能夠適用將半導體晶片2與有機基板1的電極加以位置對準之後，進行暫時固定，且加熱到構成凸塊的焊料的熔融溫度以上的回焊工法、TCB(Thermal Compression Bonding，熱壓接合)工法等。回焊工法中的溫度沒有特別限制，只要設為焊料的熔融溫度以上即可，例如是220～280℃的範圍。TCB工法中的溫度沒有特別限制，只要設為焊料的熔融溫度以上即可，例如是280～330℃的範圍。
又，也可以對應於需要而使用黏晶材料、異方性導電膜等的黏接膜；及非導電性膠等的黏接膠，來將半導體晶片2貼附於有機基板1。
其後，半導體晶片2與有機基板1的間隙，也可以使用液狀密封材料來密封。又，半導體晶片2的表面的一部分或整面，也可以使用半導體密封材料來密封。液狀密封材料和半導體密封材料，能夠使用先前習知的材料。
作為將金屬板3黏接於有機基板1的方法，較佳為使用黏接劑。
作為用以黏接金屬板3的黏接劑，從耐熱性的觀點來看，較佳為具有熱硬化性的黏接劑。作為熱硬化性的黏接劑，例如能夠使用信越化學工業公司製造的商品名稱為「KE-1867」、「KE-1285(A/B)」、「X-32-3126」等。
在使用熱硬化性的黏接劑的情況，將黏接劑塗布在金屬板3的對於有機基板1的黏接面，使塗布了該黏接劑的面積層在有機基板1上，且以適合於使用的黏接劑的條件進行加熱，藉此能夠將金屬板3黏接在有機基板1上。
[半導體裝置]
本實施形態的半導體裝置，是一種半導體裝置，具有本實施形態的半導體封裝、及用以搭載該半導體封裝之主機板。
往主機板的半導體封裝的搭載，例如能夠以藉由回焊來將形成於半導體封裝的電極墊接合在主機板上的方法來實行。
本實施形態的半導體封裝，可抑制由溫度造成的翹曲的變化量，所以可將在室溫下的翹曲量、及當搭載於主機板時的在回焊溫度下的翹曲量的變化量抑制為低。因此，本實施形態的半導體裝置，其連接信賴性優異。
[實施例]
以下，列舉實施例來具體說明本實施形態。其中，本實施形態不限定於以下的實施例。
[金屬的平均熱膨脹率的測定方法]
作為對在各例中使用的金屬板3進行測定的樣本，使用陰影疊紋裝置(Akrometrix公司製造的商品名稱為「TherMoire AXP」)的選項機能也就是DIC(Digital Image Correlation，數位影像相關)法來實行表面變位測定。在將評價樣本搭載於前述裝置之後，在平均升溫速度為15℃/分鐘的測定條件下連續地測定2次。將在第2次的測定中的自30℃直到260℃的熱膨脹率的平均值，設為金屬的平均熱膨脹率的值。
[在有機基板1的面方向上的平均熱膨脹率的測定方法]
作為對在各例中使用的有機基板1進行測定的樣本，使用陰影疊紋裝置(Akrometrix公司製造的商品名稱為「TherMoire AXP」)的選項機能也就是DIC(Digital Image Correlation)法來實行表面變位測定。在將評價樣本以能夠測定在面方向上的熱膨脹率的方式安裝於前述裝置之後，在平均升溫速度為22℃/分鐘的測定條件下連續地測定2次。將在第2次的測定中的自30℃直到260℃的熱膨脹率的平均值，設為在有機基板1的面方向上的平均熱膨脹率的值。
[金屬的楊氏模量的測定方法]
作為對構成金屬板3的金屬進行測定的樣本，以JIS Z 2241(2011)為基準來實行拉伸試驗，自所獲得的應力應變曲線來求得在彈性範圍中的直線部的傾斜，且將此值設為楊氏模量。
[金屬的熱傳導率的測定方法]
作為對由構成金屬板3的金屬所形成的試驗片進行測定的樣本，藉由JIS R 1611(2010)為基準的雷射閃光法來測定熱傳導率。
[半導體封裝的製造]
[實施例1～4]
以下述所示的步驟來製造具有第1圖(a)和第1圖(b)的構造之半導體封裝。
以在表1表示的絕緣層形成材料的絕緣層來作為芯層，使用增層材料(味之素公司製造的商品名稱為「GX92」，厚度為30μm)(以下，也稱為「Bu」)、銅箔(厚度為18μm或12μm)、及防焊漆(昭和電工材料公司製造的商品名稱為「SR-7300」)(以下，也稱為「SR」)，來製作具有下述構造的有機基板1(於俯視時的外形為60mm×60mm的矩形，厚度為1.6mm)(以下，也稱為「有機基板1(A)」)。
SR(15μm)/銅箔(18μm)/Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(18μm) Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(18μm)/Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(12μm)/芯層(800～900μm)/銅箔(12μm)/Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(18μm)/Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(18μm)/Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(18μm)/SR(15μm)
另外，上述括弧內的厚度，是指積層前的各層的厚度。
接著，藉由TCB工法來將設置於矽製的半導體晶片2(於俯視時的外形為25mm×25mm的矩形，厚度為0.725mm)(以下，也稱為「半導體晶片2(A)」)的電路面側的凸塊，接合於有機基板1(A)的一個面的中央，以獲得半導體晶片搭載基板。另外，半導體晶片2(A)與有機基板1(A)的間隙，使用液狀密封材料(昭和電工材料公司製造的商品名稱為「CEL-C-3730系列」)來密封。
又，準備具有開口部4(於俯視時的外形為44mm×44mm的矩形)(以下，也稱為「開口部4(A)」)之表1所示的材質的金屬板3(於俯視時的外形為60mm×60mm的矩形，厚度為2.5mm)(以下，也稱為「金屬板3(A)」)，來作為在第1圖(a)和(b)所示的金屬板3。金屬板3(A)，於俯視時為矩形的框狀且構成其矩形的邊的寬度(第2圖的距離b)為8mm。
以半導體晶片2(A)位於開口部4(A)的中央且於俯視時的金屬板3(A)的端部的位置與有機基板1(A)的端部的位置一致的方式，將金屬板3(A)黏接於上述半導體晶片搭載基板的搭載有半導體晶片2(A)的面中之未搭載半導體晶片(A)的區域上。此時，半導體晶片2(A)的端部與開口部4(A)的邊緣的距離(第2圖的距離a)為9.5mm。
另外，使用熱硬化性的矽系黏接劑(信越化學工業公司製造的商品名稱為「KE-1867」)作為黏接劑，在125℃下進行2小時的加熱硬化，來將金屬板3(A)接合於有機基板1(A)。
[比較例1～4]
使用表1所示的絕緣層形成材料及金屬板3的種類，與實施例1～4同樣地製造半導體封裝。
[比較例5～8]
不使用金屬板3且使用表1所示的絕緣層形成材料的種類，與實施例1～4同樣地製造半導體封裝。
[實施例5～8]
以在表2表示的絕緣層形成材料的絕緣層來作為芯層，來製作具有下述構造的有機基板1(於俯視時的外形為100mm×100mm的矩形，厚度為1.6mm)(以下，也稱為「有機基板1(B)」)。增層材料、銅箔及防焊漆的種類，使用與實施例1同樣的種類。
SR(15μm)/銅箔(18μm)/Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(18μm) Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(18μm)/Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(18μm)/Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(12μm)/芯層(1400～1500μm)/銅箔(12μm)/Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(18μm)/Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(18μm)/Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(18μm)/Bu(30μm)/Bu(30μm)/銅箔(18μm)/SR(15μm)
接著，藉由回焊工法來將設置於矽製的半導體晶片2(於俯視時的外形為50mm×50mm的矩形，厚度為0.725mm)(以下，也稱為「半導體晶片2(B)」)的電路面側的凸塊，接合於有機基板1(B)的一個面的中央，以獲得半導體晶片搭載基板。另外，半導體晶片2(B)與有機基板1(B)的間隙，使用與實施例1相同的液狀密封材料來密封。
又，準備具有開口部4(於俯視時的外形為68mm×68mm的矩形)(以下，也稱為「開口部4(B)」)之表2所示的材質的金屬板3(於俯視時的外形為100mm×100mm的矩形，厚度為2.5mm，其中僅SUS430的厚度為2.0mm)(以下，也稱為「金屬板3(B)」)，來作為在第1圖(a)和(b)所示的金屬板3。金屬板3(B)，於俯視時為矩形的框狀且構成其矩形的邊的寬度(第2圖的距離b)為16mm。
以半導體晶片2(B)位於開口部4(B)的中央且於俯視時的金屬板3(B)的端部的位置與有機基板1(B)的端部的位置一致的方式，將金屬板3(B)黏接於上述半導體晶片搭載基板的搭載有半導體晶片2(B)的面中之未搭載半導體晶片2(B)的區域上。此時，半導體晶片2(B)的端部與開口部4(B)的邊緣的距離(第2圖的距離a)為9.0mm。另外，藉由與實施例1相同的黏接劑和條件來將金屬板3(B)接合於有機基板1(B)。
[比較例9和10]
使用表2所示的絕緣層形成材料及金屬板3的種類，與實施例5～8同樣地製造半導體封裝。
[比較例11和12]
不使用金屬板3且使用表2所示的絕緣層形成材料的種類，與實施例5～8同樣地製造半導體封裝。
[翹曲量的測定]
半導體封裝的翹曲，是使用具備加熱機構之翹曲測定裝置(Akrometrix公司製造的商品名稱為「TherMoire AXP」)且藉由陰影疊紋法來測定。具體來說，將在各例製造的半導體封裝，自25℃升溫到260℃或245℃，且取得在30℃、260℃、245℃下的半導體封裝的3次元形狀。
對所取得的3次元形狀，劃分為在第3圖(a)的斜線部分表示的未搭載半導體晶片的「半導體晶片非搭載區域」、及在第3圖(b)的斜線部分表示的搭載有半導體晶片的「半導體晶片搭載區域」並實行解析，且算出在各區域的在30℃下的翹曲量與在260℃或245℃下的翹曲量的差的絕對值來作為翹曲變化量。
在各區域的翹曲量，當設為在搭載有半導體晶片的面上時，在解析的區域呈現往上凸起的翹曲的情況，將最低位置設為基準高度(0μm)，將在該區域中的自基準高度最離開的距離設為正值的翹曲量。另一方面，在解析的區域呈現往下凸起的翹曲的情況，將最高位置設為基準高度(0μm)，將在該區域中的自基準高度最離開的距離設為負值的翹曲量。結果表示在表1和表2。
[表1]
[表2]
在表1和表2記載的絕緣層形成材料和金屬板的種類的詳細如下。
＜絕緣層形成材料＞
•705G：昭和電工材料公司製造的銅箔基板也就是商品名稱為「MCL-E-705G」
•795G：昭和電工材料公司製造的銅箔基板也就是商品名稱為「MCL-E-795G」
•705GLH：昭和電工材料公司製造的銅箔基板也就是商品名稱為「MCL-E-705G(LH)」
•795GLH：昭和電工材料公司製造的銅箔基板也就是商品名稱為「MCL-E-795G(LH)」
＜金屬板＞
•Cu/W：銅和鎢的合金(銅的含有量為20質量%，鎢的含有量為80質量%)、楊氏模量為330GPa、熱傳導率為200W/m・K
•C：純銅、楊氏模量為120GPa、熱傳導率為394W/m・K
•Cu/Mo：銅和鉬的合金(銅的含有量為60質量%，鉬的含有量為40質量%)、楊氏模量為170GPa、熱傳導率為275W/m・K
•SUS430：記載於JIS G 4303(2012)的成分也就是肥粒鐵系不鏽鋼、楊氏模量為200GPa、熱傳導率為30W/m・K
自表1所示的結果可知，相較於比較例1～8的半導體封裝，本實施形態的實施例1～4的半導體封裝在半導體晶片非搭載區域的翹曲變化量有降低。又，可知本實施形態的實施例1～4的半導體封裝，對半導體晶片搭載區域的翹曲變化量沒有帶來太大影響。同樣地，自表2所示的結果可知，相較於比較例9～12的半導體封裝，本實施形態的實施例5～8的半導體封裝在半導體晶片非搭載區域的翹曲變化量有降低。
[產業上的可利用性]
本實施形態的半導體封裝，可抑制溫度造成的翹曲的變化量，所以特別適用於包含大型的有機基板之電子零件用途。
1:具有電路之有機基板
2:半導體晶片
3:金屬板
4:開口部
10:半導體封裝
a,b:距離
第1圖(a)是表示本實施形態的半導體封裝的一例的於俯視時的示意圖；第1圖(b)是表示本實施形態的半導體封裝的一例的剖面的示意圖。
第2圖是表示本實施形態的半導體封裝的一例的剖面的示意圖。
第3圖是用以說明實施例中的半導體封裝的翹曲的解析區域的於俯視時的示意圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
1:具有電路之有機基板
2:半導體晶片
3:金屬板
4:開口部
10:半導體封裝
Claims (13)
- 一種半導體封裝，具有： 有機基板，其具有電路； 半導體晶片，其被搭載於前述有機基板的一個面的一部分，且與前述電路電性連接；及， 金屬板，其被黏接於前述有機基板的一個面中之未搭載前述半導體晶片的區域的至少一部分，且沒有與前述電路電性連接； 其中，構成前述金屬板的金屬的30～260℃的平均熱膨脹率為3～15ppm/℃。
- 如請求項1所述之半導體封裝，其中，構成前述金屬板的金屬，是從由銅和鎢的合金、銅和鉬的合金及不鏽鋼構成的群中選擇1種以上。
- 如請求項2所述之半導體封裝，其中，在前述銅和鎢的合金中的鎢的含有量為65～90質量%。
- 如請求項2所述之半導體封裝，其中，在前述銅和鉬的合金中的鉬的含有量為20～60質量%。
- 如請求項2所述之半導體封裝，其中，在前述不鏽鋼中的鉻的含有量為10～25質量%。
- 如請求項1至5中任一項所述之半導體封裝，其中，構成前述金屬板的金屬的楊氏模量為150GPa以上。
- 如請求項1至5中任一項所述之半導體封裝，其中，構成前述金屬板的金屬的熱傳導率為20W/m・K以上。
- 如請求項1至5中任一項所述之半導體封裝，其中，前述金屬板的厚度為0.5～5mm。
- 如請求項1至5中任一項所述之半導體封裝，其中，前述有機基板的於俯視時的面積為900mm 2以上。
- 如請求項1至5中任一項所述之半導體封裝，其中，前述有機基板的於俯視時的外形為矩形，該外形為矩形的有機基板的4邊的長度，個別為30mm以上。
- 如請求項1至5中任一項所述之半導體封裝，其中，前述金屬板於俯視時具有開口部，在前述有機基板的自該開口部露出的一個面的至少一部分中搭載有前述半導體晶片。
- 如請求項11所述之半導體封裝，其中，前述金屬板的於俯視時的形狀為矩形的框狀。
- 一種半導體裝置，具有請求項1至5中任一項所述之半導體封裝、及搭載有該半導體封裝之主機板。
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