TWI255031B - Semiconductor module - Google Patents
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- H01L25/10—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
- H01L25/105—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
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1255031 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於半導體模組。 [先前技術】 半導體記憶體係在大型電腦、個人電腦、攜帶型機器 等各種資訊機器所使用,必要的容量年年增加。伴隨大容 纛化,半導體記憶體的構裝面積增加,成爲阻礙機器小型 化之原因。因此,高密度構裝半導體記憶體之技術被開發 出來。作爲在有限的構裝基板面積上構裝多數的封裝之技 術,有開發出在構裝基板上積層複數封裝而構裝的技術。 在曰本專利特開 2 0 0 2 - 1 7 6 1 3 5號公報、特開平 8 _ 236694號公報、特開2000-286380號公報中,揭示了藉 由導電糊以堆疊半導體模組之構造。 [發明內容】 〔發明所欲解決之課題〕 但是,在形成高密度構裝之模組的情形,半導體模組 係以外型尺寸小型化或高密度所構裝。因此,再將半導體 封裝構裝於構裝基板上或其他的半導體封裝上之情形,以 整體很搏地形成模組最好。但是,在封裝薄之情形,彎曲 HJ L*小之故,在4裝組裝時,會產生變形,需要在之後的 構裝工程或檢查時,抑制產生不良之狀況。 另外,在搭載有半導體元件之構裝封裝中,期望一面 (2) 1255031 確保搭載部的可靠性,一面作成散熱性優異之構造。 本發明係解決這些課題中之至少其中一種的發明。 〔解決課題之手段〕 本發明例如可具有以下之形態。 一種具有複數之半導體封裝藉由有機膜所積層之形態 之半導體模組。具體特徵爲:具有,具半導體元件,和具 與前述半導體元件聯繫之配線構件和與前述配線構件聯繫 之外部端子之配線基板,和形成在前述半導體元件之與前 述配線基板側面相反側面的第1有機膜之半導體封裝,和 搭載有前述半導體封裝之構裝基板,第1之前述半導體封 裝和第2之前述半導體封裝被積層,在前述第1半導體封 裝之前述配線基板和前述第2半導體封裝之前述第1有機 膜之間係具有第2有機膜。 在前述中,半導體封裝之前述配線基板係在與前述外 部端子相同側搭載有前述半導體元件。 另外,一種半導體模組,其特徵爲具有:具半導體元 件,和具與前述半導體元件聯繫之配線構件和與前述配線 構件聯繫之外部端子之配線基板之半導體封裝,和搭載有 前述半導體封裝之構裝基板,第1之前述半導體封裝和第 2之前述半導體封裝被積層,在前述第1半導體封裝之前 述配線基板和前述第2半導體封裝之前述半導體元件之間 具有第1有機膜和第2有機膜。 另外,前述配線基板最好具備2層以上之配線層。 -6- (3) 1255031 另外,在半導體封裝形成時作成前述第]有機膜’在 模組形成時作成第2有機膜。具體係具有以下之工程。 具有:在前述半導體元件的一主面’於與具有配線構 件以及與前述配線構件聯繫之外部端子之配線基板的前述 一主面之相反側面形成第1有機膜,以形成半導體封裝之 半導體封裝形成工程,和在構裝基板設置第1半導體封裝 ,在前述第1半導體封裝的前述配線基板之上設置第2半 導體封裝之構裝工程,前述構裝工程係具有在前述第1半 導體封裝的前述配線基板和前述第2半導體封裝的前述第 1有機膜之間形成第2有機膜之工程。 在構裝前之封裝單體狀態的變形之降低,係藉由在封 裝的半導體元件背面配置具有適當物性和厚度的構件以加 以抑制。另外,對於構裝後之熱負荷的半導體元件之斷裂 防止和焊錫接合部的壽命確保,係皆合於接近配置在半導 體元件背面之構件的構裝基板,以令半導體元件的彎曲變、 形降低而得以控制。另外,藉由接著半導體元件背面和構 裝基板,散熱性也提升,動作時的元件溫度降低。 如此,本發明特別是做成爲抑制半導體封裝的變开多_ 所構裝而構成故,可以有效抑制模組內之應力集中部產± 等。 因此,可以抑制在封裝組裝時產生變形,於^ 2彳麦@ _ 裝工程或檢查時產生不良,另外,在搭載半導體元件之構 裝封裝中,可以提供確保搭載部的可靠性,且散熱彳生彳憂帛 的構裝模組。 (4) 1255031 另外,在構裝後的模組施以溫度循環試驗等之熱負荷 時,由於半導體元件和構裝基板的線性膨脹係數差,半導 體元件產生彎曲變形’會有半導體元件產生斷裂之虞。在 本發明中,做成在半導體元件的背面側積層具有有機層之 半導體封裝的構造,藉由做成配置聯繫鄰接封裝間的前述 有機層和鄰接封裝的基板之構件的構造,可以謀求降低在 構裝前的封裝單體狀態之變形,或抑制半導體元件對於構 裝後的熱負荷的斷裂。 另外,在高密度構裝的模組中,成爲以焊錫接合部來 吸收半導體元件和構裝基板之線性膨脹係數差所致之變形 ’即使焊錫接合部對於熱負何之壽命變得嚴苛,也有助於 焊錫壽命的確保,可構成可靠性高的模組。 另外,即使是高密度所構裝的記憶體模組,提升模組 之散熱性,可令動作時之元件溫度降低故,可以抑制動作 時元件的溫度提升,元件的誤動作或性能降低。 本發明之其他目的、特徵以及優點,由關於所附圖面 之以下的本發明的實施例之記載理應可變得淸楚。 以下,說明本發明之實施例。 【實施方式】 第1圖第說明依據本發明之半導體模組之第一實施例 之圖。第1 ( a )圖係半導體模組的側面圖,第1 ( b )圖 係半導體模組的平面圖,第1 ( c )圖係放大半導體模組 之側面圖的封裝附近圖。 (5) 1255031 在本實施例中,係在玻璃環氧樹脂基板之構裝基板】 的單面構裝有下段封裝1 1,進而在下段封裝11的外側構 裝有上段封裝1 2。另外,雖未圖示出,但是,在構裝基 板1的相反側之面也同樣可配置有下段封裝]1和上段封 裝1 2。即在構裝基板的厚度方向可積層構裝有4個封裝 而構成。如第1 ( b )圖所示般,在構裝基板1上並排配 置有複數個具備封裝1 1、1 2之封裝,進而,藉由在構裝 基板1上構裝半導體封裝1 1、1 2以外的搭載零件1 3,以 實現高密度積層構裝。上段封裝1 2最好藉由熱傳導構件 9而與散熱板1 0連接。此處,散熱板1 〇係使用熱傳導率 高的C u合金。散熱板1 〇雖也可使用s U S (不銹鋼)等, 但是,與CII比較,熱傳導率低故,模組的熱阻與C u比 較會增加。另外,藉由令熱傳導構件9使用縱彈性係數低 的彈性體,可降低散熱板1 0或上段封裝1 2的間隙,令熱 的傳導提升的同時,可防止施加於散熱板1 〇的外力傳達 到上段封裝1 2。 下段封裝1 1和上段封裝1 2可以係相同構造。該構造 如下:具備由厚度4 0 // m程度的聚亞醯胺所成之絕緣膜2 和由厚度20 // m程度之Cii所成之配線層3以及配線層4 所構成的捲帶狀之配線構件之配線基板和半導體元件7, 係藉由由厚度5 0 // m程度之彈性體所成之接合構件6而 接合。半導體元件係使用512MB之DRAM,平面尺寸爲1 邊約1 0 m m,厚度約1 5 0 " m。 如此,搭載對於半導體元件的厚度,長邊在60倍以 -9- (6) 1255031 上程度之薄型而大型的元件之模組,由獲得本發明之效果 上較爲理想。更好在1 00倍以上。 配線構件係令具有2層的金屬配線層,藉由整合特性 阻抗以降低電氣雜訊,可高速地傳送訊號。半導體元件7 之平面尺寸或面積係比由絕緣膜2和配線層3、4所成之 配線構件或接合構件6小,半導體元件7的電路面可佩至 於面向接合構件6之方向。在由絕緣膜2和配線層3、4 所成的配線構件中,在半導體元件7的外側沒有接合接合 構件6之配線構件的端部附近,具備外部端子,外部端子 係配置有直徑約3 0 0 // m之焊錫球5。在前述構造的半導 體模組中,在各別之半導體封裝1 1、1 2的半導體元件7 之背面、各配線基板的相反側面,例如接近構裝基板1之 面配置厚度約1 0 0 // m之背面構件8。此處係顯示構裝基 板1和下段封裝1 1,以及下段封裝1 1和上段封裝12的 接合係使用焊錫球5和背面構件8所進行之例。此處,焊 錫球5係與配線層3、4連接,構裝基板1和半導體封裝 1 1、1 2之電性導通係藉由焊錫球5所進行。背面構件8 雖與構裝基板1係力學性連接,但是,可以是不取得電性 導通者。另外,焊錫球5之構裝方向的長度係比半導體元 件7之厚度長。 如本實施例般,下段封裝1 1和構裝基板1、以及下 段封裝1 1和上段封裝1 2係以焊錫球5和形成在封裝的背 面構件8之上的接著層1 4所接合。背面構件8或接著層 例如使用環氧系樹脂之有機膜。 >10- (7) 1255031 藉由如此,與只以焊錫球5接合之情形相比,對於溫 度循環試驗等之熱負荷之焊錫壽命提升與半導體元件7之 斷裂不良防止效果大,可以提供可靠性高的半導體模組。 另外’可以降低由於半導體元件7之發熱所引起的半導體 元件7之溫度上升故,可以提供防止由於溫度上升所致之 半導體元件的故障或誤動作,或性能降低之熱可靠性也高 的半導體模組。 藉由以透過焊錫球5和形成在背面構件8之上的接著 層1 4以接合下段封裝1 1和構裝基板1、以及下段封裝i】 和上段封裝1 2,與只以焊錫球5接合之情形相比,熱負 荷時之焊錫壽命獲得提升之機制顯示於下。第2圖係顯示 溫度降低時之半導體模組的變形解析圖。 第 2 ( a )圖係只以焊錫球接合半導體封裝和構裝基 板之條件,弟 2 ( b )圖係以焊錫球和背面構件接合半導 體封裝和構裝基板之條件。解析對象係考慮形狀的對稱性 之整體的1 /4模型,變形係放大顯示。另外,第2 ( a )圖 中,半導體元件7和構裝基板1重疊,是放大顯示變形之 故。實際上,半導體元件7和構裝基板1並無重疊。第2 (a )圖之只以焊錫球接合之條件中,半導體元件7產生 彎曲變形。此係構裝基板1的線性膨脹係數比半導體元件 7大,溫度降低時所產生的熱變形量之差由半導體元件7 的彎曲變形所吸收故。如本實施例般,在構裝基板上積層 複數之半導體封裝的情形,雖需要令半導體封裝變薄,但 是,愈薄彎曲剛性愈低,可以容易彎曲變形。 -11 ~ (8) 1255031 $Π ^ 2 ( a )圖所示般,半導體元件7如往下產生凸 白勺糸s糸 &形時,在接合有了彎曲變形之半導體封裝I 1和 幾乎户右 x ’彎曲變形之構裝基板1之焊錫球5會產生大的塑 性變开5 / °知道焊錫之低循環疲勞壽命是由每一溫度循環之 塑性_ Μ ^ & I軺圍値所支配,塑性變形範圍愈大,壽命愈短。 S & ’基於半導體元件7之彎曲變形,焊錫球產生大的塑 性戀、@ ^勒義,焊錫壽命降低。另外,如第2 ( a )圖所示 ’在半導體元件7產生向下之凸的彎曲變形時,於半導 s π件背面(圖之下側面)產生拉伸應力,在半導體元件 ® @面(圖之上側面)產生壓縮應力。半導體元件的彎曲 ΜI #'大’產生於半導體元件背面之拉伸應力如產生至大 方令材*料所具有之抗.拉強度以上時,半導體元件則產生斷裂 〇 lit在聯繫有外部端子側之配線基板設置半導體元件7 之構造中,變得顯著。在堆疊有半導體元件7之薄側的模 組中,更爲顯著。 另一方面,第2 ( b )圖之以焊錫球和背面構件接合 之條件中,半導體元件的背面係藉由背面構件與構裝基板 接合故,可以抑制半導體元件的彎曲變形。因此,不會在 半導體元件的背面產生大的拉伸應力,可以防止半導體元 件的斷裂。另外,基於半導體元件之彎曲變形,產生於焊 錫球之塑性變形範圍小,焊錫壽命得以提升。如本實施例 般,在拘束半導體元件之彎曲變形的情形,基於半導體元 件和構裝基板之線性膨脹係數差的熱變形量之不同,主要 - 12 - (9) 1255031 由接合構件6的剪斷變形和絕緣膜2的壓縮變形所吸收。 在本實施例中’接合構件6係使用彈性體,絕緣膜2係使 用聚亞醯胺。這些材料與半導體元件7和焊錫球相比,彈 性係數小至1 /] 0以下,藉由這些構件變形,可降低施加 在焊錫球之熱應力。基於以上之效果,藉由使用焊錫球和 背面構件以接合半導體封裝和構裝基板,可顯現焊錫壽命 的提升和晶片斷裂防止的效果。 另外’在本實施例中,配線構件雖以使用由聚亞醯胺 所成之絕緣膜2和銅配線爲佳,但是,也可以使用玻璃環 氧基板或堆積基板。玻璃環氧基板或堆積基板與聚亞醯胺 比較’雖係縱彈性係數大之材料,但是,配線構件和構裝 基板之線性膨脹係數幾乎相等故,產生於焊錫接合部之塑 性變形也可降低爲與使用聚亞醯胺捲帶之情形同等以上。 但是’配線構件使用玻璃環氧基板之情形,與使用聚亞醯 胺之情形比較,半導體模組變厚。另外,玻璃環氧基板剛 性大於聚亞醯胺故,爲了變形降低而配置在半導體元件背 面之背面構件與使用聚亞醯胺捲帶之情形相比,需要使用 縱彈性係數或線性膨脹係數大的材料。 另外’在本實施例中,半導體元件7之背面構件8係 配置在半導體元件7的背面整面,進而,也全面接合在構 裝基板]°但是,前述效果只要藉由力學性接合半導體元 件7和構裝基板以拘束半導體元件7之彎曲變形即可。因 此’即使紙漿半導體元件的背面構件8配置在包含半導體 元件7之背面的角落附近之一部份,也可顯現焊錫壽命提 > 13- (10) 1255031 升或半導體元件之斷裂防止的效果。但是,在半導體元件 之角落的彎曲變形拘束弱之情形,所獲得之效果也變小。 接著,說明散熱性能的提升。在半導體元件所產生之 熱’主要由構裝基板表面和散熱板而釋放於空氣中。此時 ’只以焊錫球構裝半導體封裝之情形,熱藉由空氣中的傳 導或輻射而傳達於構裝基板或散熱板,或需要經由配線夠 間或焊錫球而傳達,兩者都與熱直接在固體中傳導之情形 相比’其熱傳導變差故,半導體模組的熱阻增加。另一方 面’在以焊錫球和背面構件接合半導體封裝之情形,在半 導體元件所產生之熱係藉由背面構件而傳達給構裝基板或 散熱板。在此情形,與空氣比較,熱直接傳導於熱傳導率 大的固體中故,半導體模組的熱阻變小。因此,即使半導 體元件的發熱量相同,半導體元件的溫度上升也變小,可 以防止半導體元件的故障或誤動作、性能降低。由此,也 可使用發熱量大的半導體元件。另外,即使是背面構件8 不是配置在半導體元件7的背面整面而只是一部份之情形 ’與沒有背面構件8之情形相比,模組的熱阻也降低。但 是’其效果變成比背面構件8配置在半導體元件的背面整 面之情形小。 接著,說明封裝單體之變形降低的效果。封裝的變形 主要由半導體元件7和絕緣膜2或配線層3、4、接合構 件6之線性膨脹係數差所產生,封裝單體的彎曲變形如大 ’構裝時或封裝檢查時等,會有產生不良之顧慮。此半導 體封裝單體的變形可藉由在半導體元件的背面配置背面構 -14 - (11) 1255031 件8而降低。 第3圖係模型地顯示背面構件對半導體封裝的變形所 造成的影響。沒有背面構件時,半導體封裝在室溫中,產 生令晶片背面凸起之彎曲變形。此係接合各構件的溫度比 室溫高,由於之後的溫度降低所產生的各構件間的熱變形 量之差,以變形所顯示之故。此處,將晶片背面凸起之彎 曲變形設爲正,將晶片背面凹陷之彎曲變形設爲負。因此 ,在沒有背面構件時,在室溫中,變成產生正的彎曲變形 。如在晶片背面配置構件時,半導體封裝的變形減少。此 係由於半導體元件和絕緣膜2或配線3、4等所產生的正 彎曲變形,和由於半導體元件和背面構件所產生的負彎曲 變形相抵消故。此處,背面構件的縱彈性係數愈大,封裝 的變形減少而變形成爲0。進而,如令背面構件的縱彈性 係數變大,封裝呈現相反之負彎曲變形。另外,背面構件 的線性膨脹係數愈大,以小的縱彈性係數以令變形成爲〇 。由此,知道封裝的變形可藉由背面構件的線性膨脹係數 和縱彈性係數加以控制。且說,封裝的變形中,背面構件 的厚度也具有大的影響,背面構件愈厚,線性膨脹係數、 縱彈性係數都以小的値可令封裝的變形成爲0。但是,胃 面構件的厚度係由半導體元件的厚度或焊錫球的高度等戶斤 附屬決定故,第3圖中,係顯示令厚度一定之條件的關係 。另外,半導體封裝單體的變形不需要成爲〇,可選擇背 面構件令變形降低至在構裝時或檢查時等不產生問題之H 圍即可。 - 15_ (12) 1255031 由這些事情,如本竇施例般,藉由做成在半導體封裝 的半導體變形背面配置具有適當物性値之構件,以接合背 面構件和構裝基板之構造,會成爲滿足對於溫度循環試驗 等之熱負荷的焊錫壽命提升、晶片斷裂的防止、散熱性的 提升 '封裝的變形降低等課題之可靠性高的構造。 如本貫施例般,在積層而構裝具備環氧系樹脂等背面 構件當作變形抑制機構之封裝的情形,由於各別之封裝的 變形得以降低故,可以抑制與一個半導體封裝的半導體元 件鄰接之封裝或構裝基板間的間隔之偏差故,可令積層構 裝後的背面構件的厚度成爲均勻。半導體元件動作所產生 的熱藉由背面構件而傳達於構裝基板或散熱般而被散熱。 因此’構裝後的背面構件的厚度有偏差之情形,在背面構 件的薄處所,由半導體元件至構裝基板或散熱板之熱阻變 小故,發熱時的溫度降低,但是,在背面構件的厚處所, 反之,發熱時的溫度上升。因此,半導體元件的溫度分布 變大的同時,半導體元件的最高溫度比起背面構件的厚度 均勻的情形還高。因此,如本實施例般,藉由降低封裝的 變形,具有降低半導體模組動作時之半導體元件的最高溫 度的上升之效果。 第4圖係顯示在本發明之第I、第2、第3實施例中 ,構成半導體模組之半導體封裝的剖面模型圖。係顯示在 半導體封裝的配線基板中,在與外部端子聯繫之連接構件 (圖中,爲焊錫構件)相同側搭載有半導體元件之形態。 堆疊之半導體封裝的配線基板之外部端子雖配置在兩側, -16- (13) 1255031 但是’在連接焊錫凸塊本身等之封裝一構裝基板或封裝一 封裝間之構件相同側搭載有半導體元件。 第4 ( a )圖係在半導體元件7的背面配置背面構件$ 之實施例1所示之半導體封裝。第4 ( b )圖係在本發明 之實施例2所使用的半導體封裝的剖面模型圖。半導體封 裝的面構件8以外係與第4 ( a )圖所示之實施例1的 半導體封裝爲相同的構造。與實施例1的半導體封裝的不 同是’不使用背面構件8,使用模鑄樹脂4 ]以模鑄半導 體元件7的背面和側面之點。本發明之效果的焊錫壽命提 升、晶片斷裂的防止、散熱性能的提升、封裝單體的變形 降低等效果,藉由在晶片背面設置模鑄樹脂4 1也可以達 成。但是,在此情形下,爲了令封裝的變形降低,與使用 背面構件的情形相同,需要使用適當物性的模鑄樹脂。第 4 ( c )圖係在本發明的實施例2所使用的半導體封裝的剖 面模型圖。與實施例1所使用的半導體封裝的不同點是, 在取得與構裝基板的電性導通上,使用接腳之點。在將晶 片背面接合於構裝基板之構造中,產生於焊錫接合部之熱 應力小之故,可以防止藉由接腳以接合封裝和構裝基板之 情形的焊錫接合部不良或接腳斷掉等之不良。另外,雖然 未圖示出’但是,當然也可以如實施例2所示般,使用密 封樹脂4 1以代替背面構件8,如實施例3所示般,在封 裝和構裝基板的電性導通上使用接腳。 第5圖係顯示在本實施例1、以及實施例2中,半導 Μ 3 ·裝的焊錫球之配置圖。焊錫球的數目係因所搭載的半 -17- (14) 1255031 導體元件等而不同。在需要的焊錫球數目少之情形,如第 5 ( a )圖般,可在封裝端部配置2列。另外,需要的焊錫 球數多’排列2列有困難之情形,如第5 ( b )圖所示般 ’可將焊錫球排列爲4列或3列而配置。另外,依據構裝 條件’如第5 ( c )圖所示般,也可左右各2列配置。如 本發明般’在藉由背面構件以接合半導體元件和構裝基板 之構造中,在溫度循環時所產生的半導體元件之彎曲變形 小。另外,封裝單體的變形也可以減輕故,構裝時或檢查 時,封裝的平坦度很少成爲問題。因此,焊錫球不須考慮 強度或熱可靠性,可以自由地配置。另外,圖中,雖代表 性地以3點顯示焊錫球配置,但是,在圖示之3點以外, 如先前說明般,可以自由地配置焊錫球。依據此特長,半 導體封裝的外形尺寸的自由度®,可適合於高密度構裝的 同時,也可思考爲在配線構件或構裝基板之配線的引繞也 成爲很容易的構造。 第6圖係顯示實施例1所使用之半導體封裝的製造方 法。首先,使用第6 ( a )〜(d )圖,顯示半導體封裝的 製造方法。如第6 ( a )圖所示般,在絕緣體2的兩面配 置藉由蝕刻所製作之電路層3、4,藉由去除與半導體元 件的凸塊接合處附近的絕緣體2,於設置內引腳6 1之捲 帶狀的配線構件接合接合構件6。此時’接合構件6也與 絕緣體2相同,不設置在與半導體元件的凸塊接合處附近 。另外,圖中,雖顯示1個封裝,但是,藉由連接複數的 捲帶狀之配線構件,可令製造時的處理上變得容易。 -18- (15) 1255031 接著’如第6 ( b )圖所示般,將半導體元件7和接 合構件6接合。此時,半導體元件7係電路面與接合構件 6接合’半導體元件7的凸塊62係配置爲位於內引腳6 j 白勺T部°接著,藉由接合,以接合半導體元件的凸塊和配 線層’取得半導體元件和配線層的導通。 接著’如第6 ( C )圖所示般,在接合處流入環氧系 樹脂’密封內引腳6 1以及凸塊62的同時,藉由在半導體 元件的背面塗佈環氧矽樹脂,構成背面構件8。在本實施 例中’內引腳或凸塊的密封所使用的樹脂和背面構件的樹 脂係使用相同材料,可以一次的工程同時進行密封和背面 構件的產生。另外,樹脂的塗佈雖係在樹脂的硬化溫度之 1 6 0 °C程度的溫度條件下進行,但是,藉由以同一工程進 行半導體元件和配線構件的密封與背面構件的產生,在樹 脂塗佈後,溫度降低至室溫時,由半導體元件和配線構件 的線性膨脹係數差所產生的封裝之彎曲變形,和半導體元 件與背面構件的線性膨脹係數差所產生的封裝的彎曲變形 相互抵消,在由高溫至室溫的全部溫度範圍中,可以降低 封裝的變形。 最後,如第6 ( d )圖所示般,藉由接合焊錫球’完 成封裝。此時,在配線層3塗佈導電糊焊錫,在塗佈導電 糊焊錫的位置配置焊錫球5 ’焊錫球5藉由導電糊焊錫的 黏性而成爲附著在配線層3之狀態。之後’將半導體封裝 升溫至焊錫的融點以上,之後,降溫至室溫,焊錫球與半 導體封裝接合。在本實施例中,焊錫材料係使用不含鉛之 -19- (16) 1255031 錫與銀與銅之化合物故,溫度升至超過其融點之2 5 0 °C。 在接合焊錫球之溫度上升、溫度降低工程中,由於半導體 元件和配線構件的線性膨脹係數差所產生的封裝的彎曲變 形,和由於半導體元件和背面構件的線性膨脹係數差所產 生的封裝之彎曲變形相互抵消故,封裝的變形小,工程不 會產生不良。進而,在複數的半導體封裝之捲帶狀配線構 件相聯繫之情形,藉由在此階段,切斷爲各片,完成半導 體封裝。 至此,雖記載構成第1實施例之半導體模組的半導體 封裝之製造方法,但是,即使在以其他工程所製造的半導 體封裝,只要是具有本發明之特長的構造,不用說都可獲 得本發明之效果。例如,作爲背面構件,也可貼合黏晶用 的樹脂薄片以代替塗佈環氧樹脂,以構成背面構件。但是 仕㈢面構件使用樹β曰簿片之情形,與塗佈樹脂之情形相 比,雖可令背面構件的厚度變得均勻,卻需要薄片貼合工 L。为外,作爲配線構件,在使用玻璃環氧基板或堆積基 板以代替聚亞醯胺之情形,可使用金凸塊接合而非接合以 進行半導體元件和配線構件的電性導通。在使用金凸塊 情形’藉由在接合部塡充塡膠材料,可令接合部的可靠性 提升’藉由也在半導體元件背面塗佈該塡膠材料,可以構 成背面構件。 也可以連續配置構裝基板側的封裝和散熱板側的封裝 ’之後’令溫度上升至焊錫材料的融點以上後,降溫至去 溫’以取得構裝基板和半導體的電性導通。在此情形,施 - 20‘ (17) 1255031 加在半導體模組之熱履歷可以只是]次。 接著,顯示半導體模組的製造方法。使用第6(e) 、(f)圖,顯示第1半導體模組的製造方法,使用第6 (g )〜(i )圖,顯示第2半導體模組的製造方法。在第 ]製造方法中,如第6 ( g )圖所示般,首先,在構裝基板 側的半導體封裝的背面構件表面設置接著層,配置於構裝 基板上。之後,在升溫至焊錫材料的融點以上後,降溫至 室溫’取得構裝基板和半導體封裝的電性導通的同時,設 置於背面構件表面的接著層硬化,背面構件和構裝基板被 力學性接合。接著,在散熱板側之半導體封裝的背面構件 表面設置接著層後,配置於構裝基板側之半導體封裝之上 ’升溫至焊錫材料的融點以上,構成積層構造的半導體模 組。在半導體模組的製造工程中,於組裝過程之半導體模 組雖施加複數次的溫度履歷,但是,各別之半導體封裝的 變形藉由背面構件而被降低故,在工程過程中,可以防止 焊錫球的接合不良或背面構件接著層之剝離等的不良。另 外’在半導體模組的半導體元件和構裝基板之間,係成爲 背面構件和接著層之2層構造。 接著,顯示第2半導體模組的製造方法。如第6 ( g )圖所示般,首先,在構裝基板上配置構裝基板之半導體 模組。此時,與第1半導體模組之製造方法不銅,在背面 構件表面不設置接著層。而且,藉由在升溫至焊錫材料的 融點以上後,降溫至室溫,以取得構裝基板和半導體模組 的電性導通。接著,將散熱板側之半導體模組配置於構裝 -21 - (18) 1255031 基板側之半導體模組之上’升溫至焊錫材料的融點以上, 在構裝基板上構裝2個半導體模組。之後,在構裝基板和 杨裝基板側封裝的背面構件之間隙,和構裝基板側封裝和 目女#板側封裝的背面構件之間隙流入滲透性高的塡膠材料 等’藉由升溫至塡膠材料的硬化溫度以上,構成半導體模 ’t§。在桌2半導體模組的製造工程中,組裝過程之半導體 模ώ雖也產生種種的溫度履歴,但是,各別的半導體模組 的變形係藉由背面構件而被降低故,在工程過程中,也可 防止焊錫球的接合不良等不良。在第2半導體模組的製造 方法中’在半導體模組的半導體元件和構裝基板之間變成 背面構件和塡膠材料之2層構造。 也可以連續配置構裝基板側之封裝和散熱板側之封裝 ’之後’升溫至焊錫球之融點以上,降溫至室溫,以取得 構裝基板和半導體的電性導通。在此情形,施加於半導體 模組之熱履歷可以只是1次。 在第1半導體模組的製造方法中,和第2半導體模組 的製造方法相比,可以省略塡膠材料的硬化工程。另一方 面,在第2半導體模組的製造方法中,在焊錫球的接合時 ’背面構件和構裝基板未被接著故,可令封裝的搭載位置 之偏差藉由焊錫的表面張力而自動地修正。另外,在第} 製造方法中,使用熱可塑性的接著劑,在第2製造方法中 ’使用可修護的塡膠材料,可於半導體模組製造後,由構 裝基板取下半導體模組、或予以更換。 另外’本製造工程係顯示各種可考慮之本發明的實施 -22- (19) 1255031 例之1種製造方法,即使是在其他工程所製造的半導體模 組’只要是具有本發明之特長的構造,不用說可以獲得本 發明之效果。 第7圖係顯示第4實施例之半導體模組的剖面模型圖 。在本實施例中,並非在構裝基板單側積層而是構裝1個 數半導體封裝。在本實施例中,構裝於構裝基板上之半導 體封裝的數目雖減少,但是,半導體模組的厚度變小故, 可以設置在比做了積層構裝之半導體模組小的空間。反之 ’也可設置在更大的空間,在需要大容量的半導體模組中 ’在厚度方向的尺寸增加可被容許之範圍內,也可設構裝 基板爲3段以上之積層構造。 第8圖係顯示第5竇施例之半導體模組的剖面模型圖 。在實施例中,不於半導體元件背面設置背面構件,直接 使用樹脂8 1以將半導體元件接合於構裝基板。另外,在 半導體元件和構裝基板之接合上,使用塡膠劑。不設置背 面構件故,雖然見不到降低半導體封裝單體的彎曲變形之 效果,但是,構裝半導體封裝後的半導體元件之彎曲變形 也與其他實施例相同可以降低故,在焊錫壽命的提升或晶 片斷裂的防止上,還是會顯現效果。另外,在半導體元件 所產生的熱藉由樹脂8 1而傳達於構裝基板或散熱板故, 與不設置樹脂8 ]之情形相比,散熱性能也提升。即本實 施例在本發明想要解決之課題中,爲可以解決焊錫壽命提 升和晶片斷裂之防止、以及散熱性能的提升之實施例。另 外,在本實施例中,不單半導體元件,連焊錫球5也以塡 -23- (20) 1255031 膠劑所覆蓋的話,焊錫壽命更爲提升。 第9圖係顯示第6實施例之半導體模組的剖面模型圖 。在本實施例中,與實施例1相比,不將半導體背面的背 面構件與構裝基板接合,此係不同點。在本實施例中,半 導體封裝單體的構造係與實施例1相同,顯現半導體封裝 的彎曲變形降低效果。但是,構裝後的半導體元件之彎曲 變形只以焊錫球支撐故,焊錫壽命提升或晶片斷裂防止之 效果小。另外’在半導體兀件所產生之熱,係藉由空氣層 而傳導於構裝基板或散熱板故,如實施例1般,與不透過 空氣層之構造相比,散熱性能降低。但是,與無背面部的 構造相比,基於背面部的厚度,空氣層的厚度變薄,散熱 性能提升。即本實施例在本發明想要解決的課題中,爲解 決半導體封裝的彎曲變形、以及散熱性能提升的實施例。 第]〇圖係顯示第7實施例之半導體模組的剖面模型 圖。在本實施例中,半導體封裝和構裝基板的電性導通係 藉由接腳而進行。接腳係以焊錫和構裝基板接合。在本實 施例中’半導體元件和構裝基板係藉由背面構件所接合, 基於熱循環等之熱負荷,接腳和構裝基板之焊錫接合部所 產生的變形得以減輕。另外,半導體元件和構裝基板的線 性膨脹係數差所產生的熱變形量之不同,也可藉由接腳本 身的變形而加以吸收故,焊錫接合部的變形變小,可以確 保焊錫壽命’另外,在半導體元件的背面設置構件故,半 導體封裝的變形降低、半導體元件斷裂的防止、散熱性能 的提计效果也得以顯現。即本實施例係在本發明想要解決 - 24- (21) 1255031 的課題中,爲解決半導體封裝的變形彎曲、焊錫壽命的提 升、半導體元件斷裂的防止、以及散熱性能的提升之實施 例。 第1 1圖係顯示第8實施例之半導體模組的剖面模型 圖。在本實施例中,與第5實施例相同,在半導體元件的 背面不配置背面構件1 〇。與第5實施例不同點是,各別 之封裝的半導體元件係配置在比配線層3、4還更上方。 另外,在構裝基板側封裝11和構裝基板1之間隙以及散 熱板側封裝和構裝基板側封裝之間隙塡充有塡膠材料1 u 。在本實施例中,與其他實施例相比,半導體模組的厚度 雖只增加半導體元件的厚度份,另一方面,構裝基板側封 裝11和構裝基板1之間隙可確保大些故,塡膠材料的塡 充變得容易,具有更可保護接合壽命成爲最重要課題之構 裝基板側封裝和構裝基板之焊錫的優點,塡膠材料的塡充 容易故,塡膠材料可以使用塡充性雖差但是便宜的樹脂等 之材料。 第1 2圖係顯不第9實施例之半導體模組的剖面模型 圖。在本實施例中,與第8實施例相同,各別的封裝之半 導體元件係配置在比配線層3、4還更上方。與第8實施 例之不同點是,在散熱板側封裝和構裝基板側封裝之間隙 个塡充塡膠材料,藉由接合構件〗2丨以接合散熱板側封裝 的半“ Us兀件和散熱板。藉由接合散熱板和半導體元件, 以拘束散熱板側封裝的彎曲變形,不在空間小的散熱板側 封裝和構裝基板側封裝的間隙塡充塡膠材料,也可以確保 -25- (22) 1255031 接合散熱板側封裝和構裝基板側封裝之焊錫的可靠性。另 外,在配置接合構件:m後’如實施例"[在散熱板側 *寸裝和構裝基板側封裝之間隙塡充塡膠材料,可以更提升 焊錫的可靠性。 另外’在至目前爲止使用圖所示之實施例中,雖設置 了散熱板1 〇以及熱傳導構件9,但是,在半導體元件的 發熱量小’半導體元件的溫度上升不成爲問題之情形,或 在適合冷卻之環境下使用之情形,也可不設置熱傳導構件 或都不設置散熱板與熱傳導構件。在此情形,半導體模組 可比設置有散熱板者薄。 以上,前述記載雖就實施例而完成,但是,本發明並 不限定於此,在本發明之精神和所附之申請專利範圍內, 可以做種種變更以及修正,此對該業者而言係不言自明的 〔發明效果〕 依據本發明,可以提供:有效抑制模組內的應力集中 部之產生等,能確保搭載部的可靠性,且散熱性優異的構 裝彳吴組。 【圖式簡單說明〕 第]圖係說明具備本發明之半導體模組的第〜實施例 圖。 第2圖係說明本發明之效果的半導體模組之變形圖。 -26- (23) 1255031 第3圖係模型地說明本發明之效果圖。 第4圖係說明具備本發明之半導體模組的第一、二、 三所使用的半導體封裝圖。 第5圖係說明具備本發明之半導體封裝圖。 第6圖係說明具備本發明之半導體封裝的製造方法圖 〇 第7圖係說明本發明之第四實施例圖。 第8圖係說明本發明之第五實施例圖。 第9圖係說明本發明之第六實施例圖。 第1 〇圖係說明本發明之第七實施例圖。 第1 1圖係說明本發明之第八實施例圖。 第1 2圖係說明本發明之第九實施例圖。 符號說明 1 :構裝基板 2 :彈性體 3 :配線層 4 :配線層 5 :焊錫球 6 :半導體元件和配線層的接合構件 7 :半導體元件 8 :背面構件 9 :熱傳導構件 1 〇 :散熱板 -27- (24) (24)1255031 1 1 :構裝基板側封裝 1 2 :散熱板側封裝 1 3 :半導體封裝 ]1、1 2 :以外的搭載零件 1 3 :搭載零件 4 1 :密封樹脂 42 :外接腳 61 :內接腳 6 2 :凸塊 63 :接合樹脂 8 1 :塡膠材料 1 0 1 :導電糊焊錫接合部 1 1 1 :塡膠材料 1 2 1 :接合構件 -28-
Claims (1)
1255031 (1) 拾、申請專利範圍 1 · 一種半導體模組,其特徵爲:具有 具半導體元件,和具與前述半導體元 件和與前述配線構件聯繫之外部端子之配 在前述半導體元件之與前述配線基板側面 有機膜之半導體封裝, 和搭載有前述半導體封裝之構裝基板 第1之前述半導體封裝和第2之前述 層, 在前述第1半導體封裝之前述配線基 導體封裝之前述第1有機膜之間係具有第 2 . —種半導體模組,其特徵爲:具有 具半導體元件,和具與前述半導體元 件和與前述配線構件聯繫之外部端子之配 封裝’ 和搭載有前述半導體封裝之構裝基板 第1之前述半導體封裝和第2之前述 層, 在前述第1半導體封裝之前述配線基 導體封裝之前述半導體元件之間具有第1 機膜。 3 .如申請專利範圍第1或第2項中任 導體模組,其中,在半導體封裝之前述配 前述外部端子聯繫之連接構件相同側搭載 件聯繫之配線構 線基板,和形成 相反側面的第1 半導體封裝被積 板和前述第2半 2有機膜。 件聯繫之配線構 線基板之半導體 半導體封裝被積 板和前述第2半 有機膜和第2有 一項所記載之半 線基板中,於與 有前述半導體元 -29- (2) 1255031 件。 4. 如申請專利範圍第1或第2項中任一項所 導體模組,其中,前述配線基板係具備2層以上 〇 5。 如申請專利範圍第1或第2項中任一項所 導體模組,其中,前述第1有機膜和前述第2有 少其中一方係包含環氧樹脂。 6 .如申請專利範圍第1或第2項中任一項所 導體模組,其中,前述外部端子係與焊錫構件聯 第1半導體模組和第2半導體模組之焊錫構件的 前述半導體元件的厚度長。 7 · —種半導體模組之製造方法,其特徵爲:: 在前述半導體元件的一主面,於與具有配線 與前述配線構件聯繋之外部端子之配線基板的前 之相反側面形成第1有機膜,以形成半導體封裝 封裝形成工程, 和在構裝基板設置第1半導體封裝,在前述 體封裝的前述配線基板之上設置第2半導體封裝 程; 前述構裝工程係具有在前述第丨半導體封裝 線基板和前述第2半導體封裝的前述第1有機膜 及前述構裝基板和前述半導體模組之間形成第2 工程。 8 · —種半導體模組,其特徵爲:具有, 記載之半 的配線層 記載之半 機膜之至 記載之半 繋,聯繫 長度係比 氧有, 構件以及 述一主面 之半導體 第1半導 之構裝工 的前述配 之間,以 有機膜之 -30- (3) 1255031 具半導體元件,和具與前述半導體元件聯繫之配線構 件和與前述配線構件聯繫之外部端子之配線基板,和形成 在前述半導體元件之與前述配線基板側面相反側面之第1 有機膜之半導體封裝, 和搭載有前述半導體封裝之構裝基板; 第1之前述半導體封裝和第2之前述半導體封裝被積 層, 在前述第1半導體封裝之前述配線基板和前述第2 _ 導體封裝之前述第1 有機膜之間具有間隙。 9 ·如申請專利範圍第8項所記載之半導體模組,其中 ,前述第1半導體封裝係構裝在前述構裝基板,在前述配 線基板之前述構裝基板側面搭載有前述半導體元件。 -31 -
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