WO2004068581A1 - 半導体装置及び支持板 - Google Patents

半導体装置及び支持板

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WO2004068581A1
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substrate
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Hideaki Yoshimura
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Fujitsu Limited
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    • H01L2924/16195—Flat cap [not enclosing an internal cavity]

Definitions

  • a BGA (Ball Grid Array) package or LGA (Land Grid Array) package has a semiconductor element mounted on the upper surface of a resin substrate and external connection terminals such as solder balls or lands provided on the lower surface. It has been.
  • FIG. 1 and 2 show a semiconductor device 10 as an example of the related art.
  • FIG. 1 is a front view of the semiconductor device 10
  • FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device 10. Note that, for convenience of illustration, in FIG. 1, the Stevenner 14 is shown in cross section.
  • the semiconductor device 10 shown in FIGS. 1 and 2 has a BGA package structure.
  • This semiconductor device 10 has a semiconductor element 11 mounted on the center of the upper surface of a resin substrate 12, and a plurality of solder balls 13 serving as external connection terminals are disposed on the lower surface of the resin substrate 12. ing.
  • the semiconductor element 11 is flip-chip bonded to the resin substrate 12.
  • the resin substrate 12 is configured as a multi-layer wiring board, in which a wiring layer and vias for interlayer connection between the wiring layers are formed in a base material made of an organic resin material.
  • the configuration is such that 11 and the solder balls 13 are electrically connected by wiring layers and vias formed in the resin substrate 12.
  • the semiconductor device 10 having the above configuration when the semiconductor device 10 having the above configuration is mounted on a mounting board, it may be mounted in a manner of being mounted on a BGA socket.
  • the resin substrate 12 if the resin substrate 12 is deformed such as warpage, all the solder balls 13 may not be connected to the electrodes of the socket. Therefore, the resin substrate 12 is required to have high coplanarity (flatness).
  • the semiconductor element 11 is flip-chip bonded to the resin substrate 12. At this time, if the resin substrate 12 is deformed such as warpage, it is formed on the semiconductor element 11. A plurality of bumps (not shown) may not be connected to the resin substrate 12.
  • the stiffener 14 is a plate-shaped member formed of a metal material, and is bonded to the resin substrate 12 using a resin adhesive 15. Therefore, the resin substrate 12 is supported by the stiffener 14 to maintain the flatness.
  • the number of external connection terminals tends to increase due to the increase in the number of pins accompanying the recent increase in the density of the semiconductor elements 11.
  • the package (resin substrate 12) tends to be larger due to the increased number of external connection terminals.
  • the resin substrate 12 is made of an organic resin material
  • a certain degree of moisture absorption inevitably occurs.
  • the resin adhesive 15 is also made of an organic resin, a certain amount of moisture absorption similarly occurs.
  • the absorbed moisture is vaporized and gasified by, for example, a calo heat treatment performed when the solder pole 13 is mounted on the mounting board. When this absorbed moisture is gasified, a large volume expansion occurs.
  • a general object of the present invention is to provide a semiconductor device and a support plate that solve the above-mentioned problems of the related art.
  • a more specific object of the present invention is to provide a semiconductor device and a semiconductor device capable of preventing the occurrence of damage due to gasification of P and moisture components even if the package is enlarged and the supporting plate (stiffener) is enlarged accordingly. It is intended to realize a support plate.
  • the present invention provides a semiconductor device comprising: a semiconductor element; a resin substrate on which the semiconductor element is mounted; and a support plate supporting the resin substrate. A hole is formed, and a gas generated in the resin substrate is discharged through the gas discharge hole.
  • the gas generated inside the resin substrate is discharged outside through the gas discharge hole penetrating the support plate. For this reason, it is possible to prevent the resin substrate from being damaged by the gas generated in a part of the resin substrate and to prevent the resin substrate and the support plate from being separated from each other, thereby improving the reliability of the semiconductor device.
  • a heat radiating member that is thermally connected to the semiconductor element and radiates heat generated in the semiconductor element is provided; It is possible to adopt a configuration separated from the opening.
  • the heat generated in the semiconductor element is radiated by the heat radiating member, it is possible to prevent the semiconductor element from malfunctioning due to the heat.
  • gas generated inside the resin substrate is released from gas release holes formed in the support plate.
  • the heat radiation member is separated from the opening of the gas release hole, the heat radiation The gas emission is not obstructed by the members. Accordingly, it is possible to prevent the semiconductor element from malfunctioning due to heat and to prevent the resin substrate from being damaged by force or gas and from separating the resin substrate from the support plate.
  • the resin substrate and the support plate are protected by the cap that covers them, so that the reliability of the semiconductor device can be improved.
  • the gas generated inside the resin substrate is released from the gas release holes formed in the support plate.
  • the gas that is released from the gas release holes is released outside the cap to the cap that covers the resin substrate and the support plate.
  • An outgoing cap gas discharge hole is formed. For this reason, gas can be prevented from accumulating in the cap and the cap being separated from the semiconductor device.
  • an in-substrate gas discharge hole is formed in the resin substrate and discharges a gas generated inside the substrate to the outside of the substrate.
  • the gas discharge holes can be configured to face each other.
  • the in-substrate gas discharge holes are formed in the resin substrate, the gas generated inside the substrate is discharged to the outside of the substrate through the in-substrate gas discharge holes. Therefore, it is possible to prevent the resin substrate from being damaged by the gas generated in the resin substrate.
  • the gas discharge holes in the substrate formed in the resin substrate and the gas discharge holes formed in the support plate are arranged to face each other, they are generated in the resin substrate and are generated by the gas discharge holes in the substrate.
  • the gas released to the surface is directly discharged through the gas discharge holes formed in the support plate to the outside of the semiconductor device. Therefore, the gas released from the gas discharge holes in the substrate does not accumulate between the resin substrate and the support plate, and the resin substrate and the support plate can be prevented from being separated by the gas.
  • the present invention provides a semiconductor device, a substrate on which the semiconductor device is mounted, and a support plate fixed to the substrate using a resin adhesive and supporting the substrate.
  • a gas emission hole penetrating the support plate is formed, and a gas generated by the resin adhesive is emitted through the gas emission hole.
  • the gas generated by the resin-made adhesive is discharged to the outside through the gas discharge holes penetrating the support plate. Therefore, it is possible to prevent the substrate and the support plate from being separated from each other due to the gas generated by the resin adhesive, and to enhance the reliability of the semiconductor device.
  • the semiconductor device is in thermal contact with the semiconductor element. Subsequently, a heat radiating member for radiating heat generated in the semiconductor element may be provided, and the heat radiating member may be separated from the opening of the gas discharge hole.
  • a cap for covering the substrate and the support plate is further provided, and a cap gas for discharging gas released from the gas release hole to the outside of the cap is provided on the cap.
  • a configuration in which a discharge hole is formed can be adopted.
  • the reliability of the semiconductor device can be improved.
  • the gas generated by the resin adhesive is released from the gas release holes formed in the support plate, but the gas released from the gas release holes is applied to the outside of the cap to cover the substrate and the support plate. A gas discharge hole for the cap to be released is formed. Therefore, it is possible to prevent gas from accumulating in the cap and to prevent the cap from separating from the semiconductor device.
  • a semiconductor device including a semiconductor element and a resin substrate on which the semiconductor element is mounted. It has a configuration in which a through-hole for discharging a gas to be generated is formed.
  • FIG. 2 is a plan view of a conventional semiconductor device.
  • FIG. 3 is a front view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a front view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a front view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 to 5 show a semiconductor device 2OA and a stiffener 24 (support plate) according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a front view of the semiconductor device 20A
  • FIG. 4 is a plan view of the semiconductor device 20A
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an enlarged main part of the semiconductor device 20A.
  • the stiffener 24 is shown in a cross section in FIG.
  • the semiconductor device 2OA has a BGA package structure.
  • the semiconductor device 20A is roughly composed of a semiconductor element 21, a resin substrate 22, a solder ball 23, a stiffener 24, and the like.
  • the semiconductor element 21 has a plurality of bumps (not shown) formed on a circuit forming surface, and is flip-chip bonded to the resin substrate 22 by using the bumps at the center of the resin substrate 22.
  • the plurality of solder balls 23 serving as external connection terminals are connected to the lower surface of the resin substrate 22.
  • the resin substrate 22 is generally built up with the core substrate 28. It is composed of wiring sections 29 and 30.
  • the core substrate portion 28 is a substrate serving as a base for the build-at: / B line portions 29 and 30, and is composed of, for example, a multi-layer substrate in which a resin layer such as an epoxy resin or a BT resin is multi-layered.
  • a built-in: 7 formed between the core substrate portion 28 and a snare for electrically connecting the self-line portion 29 and the build-up wiring portion 30 is formed. Hole 31 is formed.
  • the build-up wiring portions 29 and 30 are formed on the core substrate portion 28 by using a thin film forming technique, and the wiring layers 32 and the resin layers serving as insulating layers are alternately laminated. It is the configuration that was done.
  • the wiring layer 32 is configured to be connected between layers by a via (not shown) at a predetermined position.
  • the semiconductor element 21 and the solder balls 23 are electrically connected to each other by through holes 31, B-layers 32, and vias formed in the resin substrate 22.
  • the resin substrate 22 is mainly composed of resin, it inevitably absorbs moisture. Specifically, in the case of a resin such as an epoxy resin or a BT resin, its hygroscopicity is about 0.2 to 0.3%. As described above, the semiconductor device 20 is damaged due to the gas absorption of the moisture absorbing component.
  • the resin substrate 22 used in this embodiment has a configuration in which the second gas discharge holes 33 are formed at predetermined positions.
  • the second gas release holes 33 are formed simultaneously when the build-up wire portions 29 and 30 are formed.
  • the generated gas is The gas can be released to the outside of the resin substrate 22 through the second gas discharge holes 33.
  • the mounting reliability when the semiconductor device 2 OA is mounted on a mounting board (not shown) is improved, and the bonding when the semiconductor element 21 is flip-chip bonded to the resin substrate 22.
  • the resin substrate 22 is required to have high coplanarity (flatness).
  • the semiconductor device 2OA according to the present embodiment has a configuration in which the stiffener 24 is provided on the resin substrate 22.
  • a material having a coefficient of thermal expansion close to that of the resin substrate 22, and a high force and high rigidity (Young's modulus) is selected.
  • copper (Cu), stainless steel (SUS), aluminum (A1), or the like can be used as the material of the stiffener 24.
  • the stiffener 24 configured as described above is bonded to the resin substrate 22 with a resin-based adhesive 25 such as an epoxy-based resin (hereinafter, referred to as a resin adhesive 25).
  • the semiconductor element 21 used in the present embodiment has a high density, and thus has a large number of external connection terminals (solder balls 23). Accordingly, the resin substrate 22 and the stiffener 24 also become larger, and the bonding area between the resin substrate 22 and the stiffener 24 is larger than that of a conventional semiconductor device in which the density of semiconductor elements is not increased. It has increased.
  • the semiconductor device 20A has a configuration in which the first gas emission hole 27 is formed in the stiffener 24.
  • the first gas discharge holes 27 are formed through the stiffener 24.
  • the first gas discharge holes 27 can be formed by a known method such as drilling or the like or laser processing, and can be formed at a relatively low cost.
  • the first gas release holes 27 in the stiffener 24 As described above, even if the moisture absorbed by the resin substrate 22 or the resin adhesive 25 is gasified, this gas is The gas is discharged to the outside through the first gas discharge holes 27 formed in 24. For this reason, it is possible to prevent the resin substrate 22 from being damaged by the gas generated by the resin substrate 22 or the resin adhesive 25, and to prevent the resin substrate 22 from being separated from the stiffener 24. 20 A reliability can be improved.
  • the first gas release formed on the stiffener 24 as described above is performed.
  • the second gas release holes 33 formed in the resin substrate 22 are configured to face each other. As a result, the gas generated inside the resin substrate 22 is discharged to the outside of the resin substrate 22 through the second gas discharge holes 33.
  • the second gas release holes 33 and the first gas release holes 27 are arranged to face each other, the gas released from the second gas release holes 33 to the substrate surface is not changed to the first gas release holes.
  • the gas is discharged to the outside of the stiffener 24 (semiconductor device 2OA) through the gas discharge holes 27. Therefore, the gas released from the second gas discharge holes 33 does not accumulate between the resin substrate 22 and the stiffener 24, and the resin substrate 22 and the stiffener 24 are separated by the gas. Can be prevented.
  • a resin adhesive 25 exists between the resin substrate 22 and the stiffener 24.
  • the resin adhesive 25 since the resin adhesive 25 is thin and is a resin, it has a predetermined gas permeability (a property of allowing gas to pass). For this reason, the resin adhesive 25 does not prevent the flow of the gas toward the second gas release hole 33 and the first gas release hole 27, and is generated on the resin substrate 22 as described above. The discharged gas is discharged from the first gas discharge hole 27 to the outside of the device.
  • FIG. 6 shows a semiconductor device 20B according to the second embodiment.
  • the same components as those shown in FIGS. 3 to 5 used in the description of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • a description of a third embodiment described later. The same applies to FIG. 7 used for clarity.
  • the semiconductor device 20B according to the present embodiment is characterized in that a heat spreader 35 is further provided in the semiconductor device 20A according to the first embodiment.
  • the heat spreader 35 is made of copper (Cu) or aluminum (A1) having good thermal conductivity.
  • the heat spreader 35 is for radiating heat generated in the semiconductor element 21, and is therefore configured to be thermally connected to the semiconductor element 21. Specifically, the heat spreader 35 has a projection 35 a projecting downward, and the projection 35 a is bonded to the semiconductor element 21 via the heat conductive adhesive 37. It has a configuration.
  • the semiconductor devices 20 A to 20 C having the BGA package structure have been described as examples. However, if the stiffener (support plate) is used, other semiconductor devices such as an LGA package structure may be used.
  • the present invention can be applied to a package structure.

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Abstract

本発明は、バッケージが大型化し、これに伴い支持板（スティフナ）が大型化しても吸湿成分のガス化による損傷の発生を防止する半導体装置に関し、半導体素子と、この半導体素子を搭載する樹脂基板と、この樹脂基板を支持するスティフナとを設けてなる半導体装置において、スティフナにこれを貫通する第１のガス放出孔を形成し、この第１のガス放出孔を介して樹脂基板で発生するガスを放出する構成とする。

Description

明細書 半導体装置及び支持板 技術分野
本発明は半導体装置及び支持板に係り、 特に半導体素子を搭載する樹脂基板を 設けた半導体装置及び支持板に関する。 背景技術
例えば、 B G A(Ball Grid Array)パッケージや L G A(Land Grid Array)パッケ ージは、 樹脂基板の上面に半導体素子を搭載すると共に、 下面にはんだボール或 いはランド等の外部接続端子を設けた構成とされている。
図 1及ぴ図 2は、 従来の一例である半導体装置 1 0を示している。 図 1は半導 体装置 1 0の正面図であり、 図 2は半導体装置 1 0の平面図である。 尚、 図示の 便宜上、 図 1においてスティブナ 1 4は断面で示している。
図 1及ぴ図 2に示す半導体装置 1 0は、 B G Aパッケージ構造を有して 、る。 この半導体装置 1 0は、 樹脂基板 1 2の上面中央に半導体素子 1 1を搭載してお り、 また樹脂基板 1 2の下面には外部接続端子となる複数のはんだボール 1 3が 配設されている。 同図に示す例では、 半導体素子 1 1は樹脂基板 1 2に対してフ リップチップ接合されている。
樹脂基板 1 2は多層酉線基板として構成されており、 有機樹脂材ょりなる基材 内に配線層及びこの酉 ai泉層を層間接続するビア等が形成されている。 半導体素子
1 1とはんだボール 1 3は、 樹脂基板 1 2内に形成された配線層及ぴビアにより 電気的に接続された構成とされている。
ところで、 上記構成とされた半導体装置 1 0は、 実装基板に実装される際、 B GAソケットに装着される態様で実装されることがある。 この実装の際、 樹脂基 板 1 2に反り等の変形が発生していると、 全てのはんだボール 1 3がソケットの 電極に接続できないおそれがある。 このため、 樹脂基板 1 2には高いコブラナリ ティ （平面度） が要求される。 また、 上記のように半導体素子 1 1は樹脂基板 1 2にフリップチップ接合され るが、 この際にも、 樹脂基板 1 2に反り等の変形が発生していると、 半導体素子 1 1に形成した複数のバンプ （図示せず） 力 樹脂基板 1 2に接続されないおそ れがある。
上記のような問題点を解決するため、 樹脂基板 1 2にスティフナ 1 4を配設す ることが行なわれている。 スティブナ 1 4は、 図 2に示すように、 平面視した状 態で樹脂基板 1 2と略同等の面積を有しており、 またその中央には半導体素子 1 1を樹脂基板 1 2に搭載するための開口部 1 6が形成されている。
このスティフナ 1 4は金属材により形成された板状部材であり、 樹脂製接着剤 1 5を用いて樹脂基板 1 2に接着される。 よって、 樹脂基板 1 2はスティフナ 1 4に支持され、 これにより平面度を維持する構成とされていた。
しかしながら、 近年の半導体素子 1 1の高密度化に伴う多ピン化により、 外部 接続端子 （はんだボール 1 3 ) も増加する傾向にある。 また、 この外部接続端子 の増カ卩により、 パッケージ （樹脂基板 1 2 ) も大型化する傾向にある。 このよう に半導体装置 1 0が大型化すると、 これに伴いスティフナ 1 4も大型化し、 樹脂 基板 1 2とスティフナ 1 4との接着面積が増加する。
一方、 樹脂基板 1 2は有機樹脂材よりなるため、 必然的にある程度の吸湿が発 生する。 また、 樹脂製接着剤 1 5も有機樹脂によりなるため、 同様にある程度の 吸湿が発生する。 この吸湿した水分は、 例えばはんだポール 1 3を実装基板に実 装するときに実施されるカロ熱処理により蒸気ィ匕しガスィ匕する。 この吸湿した水分 がガス化する際、 大きな体積膨張が発生する。
以前のように、 外部接続端子が少なく、 よつて樹脂基板 1 2及ぴスティフナ 1 4の形状が小さ 、場合には、 上記のように発生したガスはスティフナ 1 4の外周 縁側或いは開口部 1 6側に逃げることができた。 しかしながら、 上記のように半 導体装置 1 0が大型化に伴いスティフナ 1 4が大型化し、 樹脂基板 1 2とスティ ブナ 1 4との接着面積が増加すると、 発生したガスの逃げ道が無くなる。
よって、 吸湿した水分力 口熱されてガス化する過程において、 樹脂基板 1 2内 に層間剥離や断線等の損傷が発生したり、 また樹脂基板 1 2とスティフナ 1 4と の接合部分に剥離が発生したりし、 半導体装置 1 0の信頼性が低下してしまうと いう問題点があった。 発明の開示
本発明は、 上述した従来技術の問題点を解決する、 半導体装置及び支持板を提 供することを総括的な目的としている。
本発明のより詳細な目的は、 パッケージが大型化し、 これに伴い支持板 （ステ ィフナ） が大型化しても、 P及湿成分のガス化による損傷の発生を防止しうる半導 体装置及ぴ支持板を実現することを目的とする。
この目的を達成するため、 本発明は、 半導体素子と、 該半導体素子を搭載する 樹脂基板と、 該樹脂基板を支持する支持板とを設けてなる半導体装置において、 前記支持板を貫通するガス放出孔を形成し、 該ガス放出孔を介して前記樹脂基板 で発生するガスを放出する構成としたものである。
上記発明によれば、 樹脂基板内部で発生したガスは、 支持板を貫通するガス放 出孔を介して外部に放出される。 このため、 この樹脂基板の內部で発生したガス により樹脂基板が損傷したり、 また樹脂基板と支持板とが剥離したりすることを 防止でき、 半導体装置の信頼性を高めることができる。
また、 上記発明に係る半導体装置において、 更に、 前記半導体素子と熱的に接 続され、 該半導体素子で発生する熱を放熱する放熱部材を設け、 かつ、 該放熱部 材を前記ガス放出孔の開口部に対し離間させた構成とすることができる。
この発明によれば、半導体素子で発生した熱は放熱部材により放熱されるため、 熱により半導体素子に動作不良が発生することを防止できる。 また、 樹脂基板内 部で発生したガスは、 支持板に形成されたガス放出孔から放出されるが、 この際 に放熱部材は、 ガス放出孔の開口部に対し離間した構成であるため、 放熱部材に よりガスの放出が邪魔されるようなことはない。 よって、 熱による半導体素子の 動作不良を防止しつつ、 力 、 ガスによる樹脂基板の損傷及び樹脂基板と支持板 との剥離を防止することができる。
また、 上記発明に係る半導体装置において、 更に、 前記樹脂基板及び前記支持 板を覆うキャップを設け、 かつ、 該キャップに、 前記ガス放出孔から放出された ガスを ΙίίΙΕキヤップの外部に放出するキヤップ用ガス放出孔を形成した構成とす ることができる。
この発明によれば、 樹脂基板及び支持板は、 これを覆うキャップにより保護さ れるため、 半導体装置の信頼性を高めることができる。 また、 樹脂基板内部で発 生したガスは、 支持板に形成されたガス放出孔から放出される力 樹脂基板及び 支持板を覆うキヤップにはガス放出孔から放出されたガスをキヤップの外部に放 出するキャップ用ガス放出孔が形成されている。 このため、 キャップ内にガスが 溜まり、 キヤップが半導体装置から離脱することを防止することができる。 また、上記発明に係る半導体装置において、更に、前記樹脂基板内に形成され、 基板内部で発生したガスを基板外部に放出する基板内ガス放出孔を形成し、かつ、 該基板内ガス放出孔と、前記ガス放出孔とが対向するよう構成することができる。 この発明によれば、 基板内ガス放出孔が樹脂基板内に形成されているため、 基 板内部に発生したガスは、この基板内ガス放出孔を介して基板外部に放出される。 このため、 樹脂基板内で発生するガスにより、 樹脂基板が損傷することを防止で きる。 また、 樹脂基板に形成された基板内ガス放出孔と、 支持板に形成されたガ ス放出孔は対向するよう配設されているため、 樹脂基板内で発生し、 基板内ガス 放出孔により基板表面に放出されたガスは、 そのまま支持板に形成されたガス放 出孔を通り半導体装置の外部に放出される。 よって、 基板内ガス放出孔から放出 されたガスが樹脂基板と支持板との間に溜まることはなく、 樹脂基板と支持板と がガスにより剥離することを防止できる。
また、 上記の目的を達成するため、 本発明は、 半導体素子と、 該半導体素子を 搭載する基板と、 該基板に樹脂製接着材を用いて固定され、 該基板を支持する支 持板とを設けてなる導体装置において、 前記支持板を貫通するガス放出孔を形成 し、 該ガス放出孔を介して前記樹脂製接着材で発生するガスを放出する構成とし たものである。
上記発明によれば、 樹脂製接着材で発生したガスは、 支持板を貫通するガス放 出孔を介して外部に放出される。 このため、 この樹脂製接着材で発生したガスに より基板と支持板とが剥離することを防止でき、 半導体装置の信頼性を高めるこ とができる。
また、 上記発明に係る半導体装置において、 更に、 前記半導体素子と熱的に接 続され、 該半導体素子で発生する熱を放熱する放熱部材を設け、 カゝつ、 該放熱部 材を前記ガス放出孔の開口部に対し離間させた構成とすることができる。
この発明によれば、半導体素子で発生した熱は放熱部材により放熱されるため、 熱により半導体素子に動作不良が発生することを防止できる。 また、 樹脂製接着 材で発生したガスは、 支持板に形成されたガス放出孔から放出されるが、 この際 に放熱部材は、 ガス放出孔の開口部に対し離間した構成であるため、 放熱部材に よりガスの放出が邪魔されるようなことはない。 よって、 熱による半導体素子の 動作不良を防止しつつ、 カゝつ、 ガスにより基板と支持板とが剥離することを防止 することができる。
また、 上記発明に係る半導体装置において、 更に、 前記基板及び前記支持板を 覆うキャップを設け、 かつ、 該キャップに、 前記ガス放出孔から放出されたガス を前記キヤップの外部に放出するキヤップ用ガス放出孔を形成した構成とするこ とができる。
この発明によれば、 基板及ぴ支持板は、 これを覆うキャップにより保護される ため、 半導体装置の信頼性を高めることができる。 また、 樹脂製接着材で発生し たガスは、 支持板に形成されたガス放出孔から放出されるが、 基板及び支持板を 覆うキヤップにはガス放出孔から放出されたガスをキヤップの外部に放出するキ ヤップ用ガス放出孔が形成されている。 このため、 キャップ内にガスが溜まり、 キヤップが半導体装置から離脱することを防止することができる。
また、 上記の目的を達成するため、 本発明は、 半導体素子と、 該半導体素子を 搭載する樹脂基板とからなる半導体装置に設けられ、 該樹脂基板を支持する支持 板において、 前記樹脂基板で発生するガスを放出するための貫通孔が形成された 構成としたものである。
上記発明によれば、 樹脂基板内部で発生したガスは、 支持板に形成された貫通 孔を介して外部に放出される。 このため、 この樹脂基板の内部で発生したガスに より樹脂基板が損傷したり、 また樹脂基板と支持板とが剥離したりすることを防 止でき、 半導体装置の信頼性を高めることができる。 図面の簡単な説明 本発明の他の目的、 特徴及び利点は添付の図面を参照しながら以下の詳細な説 明を読むことにより一層明瞭となるであろう。
図 1は、 従来の一例である半導体装置の正面図である。
図 2は、 従来の一例である半導体装置の平面図である。
図 3は、 本発明の第 1実施例である半導体装置の正面図である。
図 4は、 本努明の第 1実施例である半導体装置の平面図である。
図 5は、 本発明の第 1実施例である半導体装置の断面図である。
図 6は、 本発明の第 2実施例である半導体装置の正面図である。
図 7は、 本発明の第 3実施例である半導体装置の正面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
次に、 本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
図 3乃至図 5は、 本発明の第 1実施例である半導体装置 2 O A及びスティフナ 2 4 (支持板） を示している。 図 3は半導体装置 2 O Aの正面図であり、 図 4は 半導体装置 2 0 A平面図であり、 更に図 5は半導体装置 2 0 Aの要部を拡大して 示す断面図である。 尚、 図示の便宜上、 図 3においてスティフナ 2 4は断面で示 している。
本実施例に係る半導体装置 2 O Aは、 B G Aパッケージ構造を有している。 こ 半導体装置 2 0 Aは、 大略すると半導体素子 2 1， 樹脂基板 2 2， はんだボール 2 3， 及ぴスティフナ 2 4等により構成されている。
半導体素子 2 1は回路形成面に複数のバンプ （図示せず） が形成されており、 このバンプを用いて樹脂基板 2 2の中央ィ立置にフリップチップ接合されている。 また、 外部接続端子となる複数のはんだボール 2 3は、 樹脂基板 2 2の下面に接 合されている。
樹脂基板 2 2は多層配線基板として構成されており、 有機樹脂材ょりなる KM 内に配線層及びこの酉 S;锒層を層間接続するビア等が形成されている。 図 5は、 樹 脂基板 2 2を拡大して示している。
同図に示すように、 樹脂基板 2 2は大略するとコア基板部 2 8とビルドアップ 配線部 2 9， 3 0とにより構成されている。 コア基板部 2 8はビルドアツ：/ B線 部 2 9， 3 0のベースとなる基板であり、 例えばエポキシ系或いは B Tレジン等 の樹脂層を多層化した多層基板よりなる。
このコア基板部 2 8の所定位置には、 コア基板部 2 8を挟んで形成されるビル ドアッ：7¾己線部 2 9とビルドアップ配線部 3 0とを電気的に接続するためのスノレ 一ホール 3 1が形成されている。 また、 ビルドアップ配線部 2 9， 3 0は、 この コア基板部 2 8上に薄膜形成技術を用いて多層形成されたものであり、 配線層 3 2と絶縁層となる樹脂層が交互に積層された構成となっている。
更に、 配線層 3 2は、 所定位置においてビア （図示せず） により層間接続され た構成とされている。 前記の半導体素子 2 1とはんだボール 2 3は、 この樹脂基 板 2 2内に形成されたスルーホール 3 1， 酉 B锒層 3 2， 及ぴビアにより電気的に 接続されている。
ところで、 樹脂基板 2 2は樹脂を主成分とするものであるため、 必然的に吸湿 してしまう。 具体的には、 エポキシ系， B Tレジン等の樹脂の場合、 その吸湿'性 は 0 . 2〜0 · 3 %程度である。 この吸湿成分がガスィ匕することに起因して、 半導 体装置 2 0 Αに損傷が発生することは前記したとおりである。
このため、 本実施例で用いている樹脂基板 2 2は、 所定位置に第 2のガス放出 孔 3 3が形成された構成とされている。 この第 2のガス放出孔 3 3は、 ビルドア ッフ¾線部 2 9， 3 0を形成するときに同時形成する。 このように、 樹脂基板 2 2に第 2のガス放出孔 3 3を形成することにより、 樹脂基板 2 2の表面に対し深 レ、位置に存在する吸湿成分がガス化しても、 発生したガスはこの第 2のガス放出 孔 3 3を介して樹脂基板 2 2の外部に放出可能となる。
前記したように、 半導体装置 2 O Aが実装基板 （図示せず） に実装される際の 実装信頼性を高める点、 及ぴ半導体素子 2 1を樹脂基板 2 2にフリップチップ接 合する際の接合信頼性を高める点から、樹脂基板 2 2には高いコブラナリティ（平 面度） が要求される。 このため、 本実施例に係る半導体装置 2 O Aは、 樹脂基板 2 2上にスティフナ 2 4を設けた構成としている。
スティフナ 2 4は板状の部材であり、 樹脂基板 2 2を支持する支持板として機 能するものである。 スティフナ 2 4は、 図 4に示すように、 平面視した状態で樹 脂基板 2 2と略同等の面積を有しており、 またその中央には半導体素子 2 1を樹 脂基板 2 2に搭載するための開口部 2 6が形成されている。 尚、'前記した半導体 素子 2 1は、 接合信頼性を高めるため、 スティフナ 2 4を樹脂基板 2 2に固定し た後に樹脂基板 2 2にフリップチップ接合される。
このスティフナ 2 4の材料は、樹脂基板 2 2に熱膨張係数が近く、力、つ剛性（ャ ング率） の高い材料が選定されている。 具体的には、 スティフナ 2 4の材料とし ての、 銅 (C u) , ステンレス ( S U S ) , アルミニウム (A 1 ) 等を用いること ができる。 上記構成とされたスティフナ 2 4は、 例えばエポキシ系等の樹脂系の 接着剤 2 5 (以下、 樹脂製接着剤 2 5という） により、 樹脂基板 2 2に接着され ている。
ところで、本実施例で用いている半導体素子 2 1は高密度化されたものであり、 よつて多数の外部接続端子 (はんだボール 2 3 ) を有している。 よって、 これに 伴い樹脂基板 2 2及ぴスティフナ 2 4も大型化し、 半導体素子の高密度化が図ら れていない従前の半導体装置に比べ、 樹脂基板 2 2とスティブナ 2 4との接着面 積も増加している。
よって、 従来のようにスティフナ 1 4 (図 1， 2参照) を単なる板材で形成し た場合には、 樹脂基板 1 2及び樹脂製接着剤 1 5で吸湿した水分がガス化した際 にガスの逃げ道が無いため、 樹脂基板 1 2内に層間剥離や断線等の損傷が発生し たり、 また樹脂基板 1 2とスティフナ 1 4との接合部分に剥離が発生したりする おそれが有つたことは前述した通りである。
これに対して本実施例に係る半導体装置 2 0 Aは、 スティフナ 2 4に第 1のガ ス放出孔 2 7を形成した構成としている。 第 1のガス放出孔 2 7は、 スティフナ 2 4を貫通して形成されている。 この第 1のガス放出孔 2 7は、 例えばドリル加 ェ等の周知の機 «Iロェ或いはレーザ加工等により形成することが可能であり、 比 較的低コストで形成することができる。
また、 第 1のガス放出孔 2 7の形成位置は、 樹脂基板 2 2に形成された第 2の ガス放出孔 3 3と対向するよう構成されている。 具体的には、 第 1のガス放出孔 2 7の中心軸と、第 2のガス放出孔 3 3の中心軸は一致するよう構成されている。 更に、 第 1のガス放出孔 2 7の直径寸法は、 第 2のガス放出孔 3 3の直径寸法 より大きく設定されている。 この第 1のガス放出孔 2 7の直径寸法と、 第 2のガ ス放出孔 3 3の直径寸法との差は、 スティフナ 2 4を樹脂基板 2 2に取り付ける 際の取り付け誤差の値よりも大きくなるよう設定されている。
上記のようにスティフナ 2 4に第 1のガス放出孔 2 7を形成することにより、 樹脂基板 2 2或いは樹脂製接着剤 2 5に吸湿されていた水分がガス化したとして も、 このガスはスティフナ 2 4に形成された第 1のガス放出孔 2 7を介して外部 に放出される。 このため、 樹脂基板 2 2或いは樹脂製接着剤 2 5で発生したガス により樹脂基板 2 2が損傷したり、 また樹脂基板 2 2とスティフナ 2 4とが剥離 したりすることを防止でき、 半導体装置 2 0 Aの信頼性を高めることができる。 また本実施例では、 上記のようにスティフナ 2 4に形成された第 1のガス放出 ？し 2 7と、 樹脂基板 2 2に形成された第 2のガス放出孔 3 3とが対向するよう構 成されている。 これにより、 樹脂基板 2 2の内部に発生したガスは、 この第 2の ガス放出孔 3 3を介して樹脂基板 2 2の外部に放出される。
また、 第 2のガス放出孔 3 3と第 1のガス放出孔 2 7が対向配置されているた め、 第 2のガス放出孔 3 3により基板表面に放出されたガスは、 そのまま第 1の ガス放出孔 2 7を通りスティフナ 2 4 (半導体装置 2 O A)の外部に放出される。 よって、 第 2のガス放出孔 3 3から放出されたガスが、 樹脂基板 2 2とスティフ ナ 2 4との間に溜まることはなく、 樹脂基板 2 2とスティフナ 2 4がガスにより 剥離することを防止できる。
尚、樹脂基板 2 2とスティフナ 2 4との間には、樹脂製接着剤 2 5が存在する。 しかしながら、 この樹脂製接着剤 2 5は薄く、 また樹脂であるため所定のガス通 過性 （ガスを通過させる性質） を有している。 このため、 樹脂製接着剤 2 5が第 2のガス放出孔 3 3力、ら第 1のガス放出孔 2 7に向うガスの流れを阻止すること はなく、 上記の如く樹脂基板 2 2で発生したガスは第 1のガス放出孔 2 7から装 置外部に放出される。
続いて、 本発明の第 2実施例について説明する。
図 6は、第 2実施例である半導体装置 2 0 Bを示している。尚、図 6において、 先の第 1実施例の説明に用いた図 3乃至図 5に示した構成と同一構成については、 同一符号を付してその説明を省略する者とする。 また、 後述する第 3実施例の説 明に用いる図 7についても同様とする。
本実施例に係る半導体装置 2 0 Bは、 第 1実施例に係る半導体装置 2 0 Aに対 し、 更にヒートスプレッダ 3 5を設けたことを特徴としている。 このヒートスプ レッダ 3 5は、 熱伝導性が良好な銅 (C u) 或いはアルミニウム （A 1 ) 等によ り形成されている。
このヒートスプレッダ 3 5は、 半導体素子 2 1で発生する熱を放熱するための ものであり、 よって半導体素子 2 1と熱的に接続された構成とされている。 具体 的には、 ヒートスプレッダ 3 5は下方に突出する突出部 3 5 aを有しており、 こ の突出部 3 5 aが熱伝導性接着剤 3 7を介して半導体素子 2 1に接着された構成 とされている。
このため本実施では、 ヒートスプレッダ 3 5は半導体素子 2 1に対し、 熱的に 接続されると共に機械的にも接合された構成となっている。 この接合の際、 本実 施例では、 ヒートスプレッダ 3 5がスティフナ 2 4 (図では、 断面として示して いる）から離間するよう構成されている。これにより、ヒートスプレッダ 3 5は、 スティフナ 2 4に形成された第 1のガス放出孔 2 7の開口部に対し離間した構成 となる。
上記した本実施例に係る半導体装置 2 0 Bによれば、 半導体素子 2 1で発生し た熱は放熱部材として機能するヒートスプレッダ 3 5により放熱されるため、 熱 により半導体素子 2 1に動作不良が発生することを防止できる。
また、 第 1実施例で説明したと同様に樹脂基板 2 2及び樹脂製接着剤 2 5で発 生するガスは、 スティフナ 2 4に形成された第 1のガス放出孔 2 7から放出され る。 この際、 本実施例ではヒートスプレッダ 3 5が第 1のガス放出孔 2 7の開口 部に対し離間した構成であるため、 ヒートスプレッダ 3 5によりガスの放出が邪 魔されるようなことはない。
また、 スティフナ 2 4の外周位置には、 スティフナ 2 4とヒートスプレッダ 3 5との間に間隙部 3 6が形成されるため、 第 1のガス放出孔 2 7から放出された ガスは、この間隙部 3 6を介して半導体装置 2 O Bの外部に放出される。よって、 本実施例に係る半導体装置 2 O Aによれば、 熱による半導体素子 2 1の動作不良 を防止しつつ、 力、つ、 ガスによる樹脂基板 2 2の損傷及び樹脂基板 2 2とスティ フナ 2 4との剥離を防止することができる。 '
尚、 間隙部 3 6の高さ （第 1のガス放出孔 2 7の開口部とヒートスプレッダ 3
5との離間距離） は、 突出部 3 5 aの高さを調整することにより任意に設定する ことができる。 この間隙部 3 6の高さは、 第 1のガス放出孔 2 7から放出される ガスを確実に外部に放出できる範囲の高さで、 最も小さく設定されている。 これ により、 半導体装置 2 0 Bの低背化を図っている。
続いて、 本発明の第 3実施例について説明する。
図 7は、 第 3実施例である半導体装置 2 O Cを示している。 本実施例に係る半 導体装置 2 0 Cは、 第 1実施例に係る半導体装置 2 0 Aに対し、 更にキヤップ 4 0 (図では断面として示している) を設けたことを特徵としている。
このキャップ 4 0は、 前記した第 2実施例におけるヒートスプレッダ 3 5と同 様に、 半導体素子 2 1で発生した熱を放熱する機能を有している。 また、 キヤッ プ 4 0は、 この半導体素子 2 1の放熱機能にカロえ、 樹脂基板 2 2及ぴスティフナ 2 4を保護する機能をも有している。
このため、 キャップ 4 0の中央位置において下方に突出した突出部 4 0 aは、 熱伝導性接着剤 3 7を介して半導体素子 2 1に接着されており、 熱的に接続され た構成とされている。 また、 キャップ 4 0の外周部において下方に突出した袴部 4 O bは、 接着剤 3 8によりスティフナ 2 4に固定された構成とされている。 こ のように、 突出部 4 0 aが半導体素子 2 1に熱的に接続することにより、 半導体 素子 2 1で発生した熱はキャップ 4 0で放熱される。
また、 袴部 4 0 bがスティフナ 2 4に接着されることにより、 樹脂基板 2 2及 ぴスティブナ 2 4の上部はキャップ 4 0で覆われることになる。 これにより、 樹 脂基板 2 2及ぴスティフナ 2 4は、 キャップ 4 0により保護されるため、 半導体 装置 2 0 Cの信頼 14を高めることができる。
また、 キャップ 4 0が取り付けられた状態で、 第 1のガス放出孔 2 7の開口部 とキャップ 4 0との間には、 間隙 4 3が形成されるよう構成されている。 そして キャップ 4 0には、 この間隙 4 3と連通する第 3のガス放出孔 4 1 (キャップ用 ガス放出孔） が形成されている。
よって、 樹脂基板 2 2及ぴ樹脂製接着剤 2 5で発生したガスは、 スティフナ 2 4に形成された第 1のガス放出孔 2 7から間隙 4 3に放出された後、 キャップ 4 0に形成された第 3のガス放出孔 4 1を介して半導体装置 2 0 Cの外部に放出さ れる。 このため、 半導体装置 2 0 Cにキャップ 4 0を設けても、 キャップ 4 0内 にガスが溜まり、 このガス圧によりキャップ 4 0が半導体装置 2 0 C (スティフ ナ 2 4 ) 力 離脱するようなことはない。
尚、 上記した各実施例では、 B G Aパッケージ構造の半導体装置 2 0 A〜 2 0 Cを例に挙げて説明したが、 スティフナ （支持板） を用いる構成であれば、 L G Aパッケージ構造等の他のパッケージ構造についても本発明は適用できるもので ある。
また、 本実施例では、 基板 （樹脂基板 2 2 ) 及び樹脂製接着剤 2 5の双方から ガスが発生する構成について説明したが、 本発明の適用は必ずしも基板及び接着 剤の双方が樹脂である必要はない。 例えば、 基板としてセラミック基板のように 吸湿が起こり難い基板を用いても、 このセラミック基板と支持板とを樹脂製接着 剤で接着した場合でも、 本願発明は上記した効果を実現することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 半導体素子と、
該半導体素子を搭載する樹脂基板と、
該樹脂基板を支持する支持板とを設けてなる半導体装置において、 前記支持板を貫通するガス放出孔を形成し、 該ガス放出孔を介して前記樹脂基 板で発生するガスを放出する構成とした半導体装置。
2. 請求項 1記載の半導体装置において、
更に、 前記半導体素子と熱的に接続され、 該半導体素子で発生する熱を放熱す る放熱部材を設け、
力つ、 該放熱部材を前記ガス放出孔の開口部に対し離間させた構成の半導体装 置。
3 . 請求項 1記載の半導体装置において、
更に、 前記樹脂基板及び前記支持板を覆うキヤップを設け、
かつ、 該キャップに、 前記ガス放出孔から放出されたガスを前記キヤップの外 部に放出するキヤップ用ガス放出孔を形成した構成の半導体装置。
4. 請求項 1記載の半導体装置において、
更に、 前記樹脂基板内に形成され、 基板内部で発生したガスを基板外部に放出 する基板内ガス放出孔を形成し、
かつ、 該基板内ガス放出孔と、 前記ガス放出孔とが対向するよう構成した半導 体装置。
5 . 半導体素子と、
該半導体素子を搭載する基板と、
該基板に樹脂製接着材を用いて固定され、 該基板を支持する支持板とを設けて なる半導体装置において、 前記支持板を貫通するガス放出孔を形成し、 該ガス放出孔を介して前記樹脂製 接着材で発 するガスを放出する構成とした半導体装置。
6 . 請求項 5記載の半導体装置において、
更に、 前記半導体素子と熱的に接続され、 該半導体素子で発生する熱を放熱す る放熱部材を設け、
つ、 該放熱部材を前記ガス放出孔の開口部に対し離間させた構成の半導体装 置。
7. 請求項 5記載の半導体装置において、
更に、 前記基板及び前記支持板を覆うキャップを設け、
かつ、 該キャップに、 前記ガス放出孔から放出されたガスを前記キヤップの外 部に放出するキャップ用ガス放出孔を形成した構成の半導体装置。
8 . 半導体素子と、 該半導体素子を搭載する樹脂基板とからなる半導体装置 に設けられ、 該樹脂基板を支持する支持板において、
前記樹脂基板で発生するガスを放出するための貫通孔が形成された構成の支持 板。
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