JP2005086044A - 高信頼性パッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】 半導体パッケージにおいて、半導体素子と基板とで熱膨張係数が異なるため、温度変化により半導体素子と基材上の銅パターンとの接続部が破壊されやすく、従来の解決策は不十分であったり非常に高価であった。
【解決手段】 樹脂で形成されている基材であるモールド上に接着剤もしくは接着シートでフレキシブル基板を接着し、該フレキシブル基板上に半導体をフリップチップ実装し、該フレキシブルシート及び接着剤もしくは接着シートで熱収縮による応力を緩和した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高信頼性の半導体パッケージ、特に熱衝撃に対して信頼性が高いパッケージに関する。
従来半導体（以下ＩＣと略記する）や発光ダイオード（以下ＬＥＤと略記する）をＰＣＢ基板やＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）基板に実装する半導体パッケージの場合、小型化するためにはＩＣを基板にフリップチップ（以下ＦＣと略記する）接続する必要があったが、ＩＣとＰＣＢ基板、ＩＣとＭＩＤに用いる樹脂との熱膨張係数が大きく異なるため応力が生じ、そのため熱衝撃によりＩＣと基板上の配線との接続部が破壊されやすいという問題があった。
すなわち、図２（ａ）に示すように、端子にバンプ１０を形成したＩＣ１２をＰＣＢ基板１４にＦＣ実装した場合、ＩＣの基材であるシリコンの熱膨張係数は約３ｐｐｍ／℃、ガラスエポキシ基板やＢＴ基板の熱膨張係数は約１２〜１７ｐｐｍ／℃なので熱衝撃によって生じる応力のため、バンプ１０を介した両者の接続部が破壊されやすかった。
また、図２（ｂ）のように樹脂成型品であるＭＩＤ基板１６上に銅配線１８をメッキで形成し、端子にバンプ１０を形成したＩＣ１２をＭＩＤ基板１６上にＦＣ実装した場合、ＭＩＤ基板の主材料である樹脂の熱膨張係数は約４０ｐｐｍ／℃なので図２（ａ）の場合よりもさらに熱衝撃に対する信頼性が低かった。
このような熱衝撃耐性問題を解消するため、図２（ｃ）に示すように銅配線を形成したセラミック基板８上にＩＣ１２をＦＣ実装するという方法も用いられてきた。セラミック基板８の熱膨張係数は約７ｐｐｍ／℃とシリコンの熱膨張係数と近似しているため高信頼性が得られるが、大変に高価であるため適用可能な製品は限られてしまうという問題があった。
このような問題を解消するため、バンプに高温溶融点の半田バンプを用い、該半田バンプの半田にヤング率の低い材料を用いることにより、ＩＣと基板との熱膨張率の差によって生じる応力を緩和するという提案がある（例えば特許文献１参照）。
しかし半田バンプのヤング率を下げることには限界があり、このような手段を用いても十分な信頼性を得るのは困難である。
また、製造時にＩＣ及び基板を高温に保つことにより、製造時における応力発生を押さえるという提案もある（例えば特許文献２参照）。
しかしこのような方法で半導体パッケージを製造しても、製造初期には応力の少ないパッケージが出来るが、製造後の熱履歴に関してはやはり熱膨張率の違いによる応力の問題が生じてしまう。
さらに、ＩＣチップをフレキシブル基板にＦＣ実装し、該基板の電極とＰＣＢ基板の電極とを異方導電性弾性体シートを介して接続することにより、ＩＣとＰＣＢ基板との熱膨張係数の差によって発生する応力を異方導電性弾性体シートの弾性機能で緩和するという提案もある（例えば特許文献３参照）。
この方法は応力の緩和には大きな効果を発揮するが、異方導電性弾性体シートを介して基板の電極とＰＣＢ基板の電極とを接続するというのは多ピンのパッケージに用いた時に効果を発揮する技術で、小数ピンパッケージに用いるとセラミック基板を用いた時よりもさらに高価になってしまうという問題がある。
またＬＥＤの様な発光部材においては、発光効率を上げるため基板に半導体チップを埋め込む凹部を形成し、該凹部内に反射膜を形成し、該凹部内に半導体チップを実装する必要があった（例えば特許文献４参照）。このような凹部を有する基板はコスト上の問題から樹脂で作られるので熱膨張係数が大きく、熱膨張率の差によって生じる応力の問題は図２（ｂ）に示したＭＩＤ基板に実装した場合と同様に深刻であった。
特開平８−６４７１７ 特開平１１−１２６７９６ 特開２００１−２０３２３７ 特開２００３−１６３３７８
解決しようとする問題点は、半導体パッケージにおいて、半導体素子と基板とで熱膨張係数が異なるため、温度変化により半導体素子と基材上の銅パターンとの接続部が破壊されやすいという点であり、従来の解決策は不十分であったり非常に高価になった点である。
請求項１の本発明による高信頼性パッケージは、基材上に接着剤もしくは接着シートでフレキシブル基板を接着し、該フレキシブル基板上に半導体を実装したことを特徴とする。
請求項２の本発明による高信頼性パッケージは、請求項１において、前記半導体は前記フレキシブル基板上にフリップチップ実装されていることを特徴とする。
請求項３の本発明による高信頼性パッケージは、請求項１において、前記基材はモールドであり樹脂で形成されていることを特徴とする。
請求項４の本発明による高信頼性パッケージは、請求項１において、前記基材は凹部もしくは穴部を有し、前記半導体は該凹部で前記フレキシブル基板上に実装されていることを特徴とする。
請求項５の本発明による高信頼性パッケージは、請求項１において、前記フレキシブル基板がポリイミドもしくはポリエステルによって形成されていることを特徴とする。
請求項６の本発明による高信頼性パッケージは、請求項１において、前記接着剤もしくは接着シートがアクリル系の素材から成っていることを特徴とする。
請求項７の本発明による高信頼性パッケージは、請求項１において、前記半導体がＬＥＤであることを特徴とする。
請求項８の本発明による高信頼性パッケージは、請求項１において、 前記半導体と前記基板間、もしくは前記半導体の周囲すべてがエポキシ又はシリコンにより保護されていることを特徴とする。
本発明によれば、熱衝撃に対して信頼性の高いパッケージを安価に実現できる。
本発明による高信頼性パッケージは、基材上に接着剤もしくは接着シートでフレキシブル基板を接着し、該フレキシブル基板上に半導体を実装している。
本発明による高信頼性パッケージを図１を用いて説明する。
図１（ａ）において、ＩＣ１２の端子上には金バンプ１０が形成されている。ポリイミドもしくはポリエステル材の基板２２上に銅パターン１８を形成したフレキシブル印刷基板（以下ＦＰＣと略記する）は樹脂成型品である平板の基材であるモールド２０上にヤング率の小さいアクリル系接着剤で接着され、該ＦＰＣ上に金バンプ１０が形成されたＩＣ１２が配置され、ＩＣ１０とＦＰＣとの隙間には熱硬化樹脂２６が充填されている。熱を加えた時の該樹脂２６の硬化収縮によりＩＣ１２上の金バンプ１０とＦＰＣ上の銅パターン１８とは圧接ペースト接続されている。
このようにパッケージを構成したことにより、ＩＣ１０と基材であるモールド２０の熱膨張係数の差によって発生する応力は大幅に緩和されている。
すなわち、ポリイミドもしくはポリエステル２２上の銅配線の熱膨張係数は約１６ｐｐｍ／℃とシリコンに比べて大きいが、厚さが１０〜２０μｍと薄いためＩＣ１２の基材であるシリコンの熱膨張に従って特に応力を生じることなく伸縮する。ＩＣ１２と基材であるモールド２０の熱膨張係数は約３ｐｐｍ／℃対約４０ｐｐｍ／℃と非常に大きいが、ＩＣ１２とモールド２０の間にヤング率の小さなポリイミドもしくはポリエステル２２及びアクリル系接着剤２４が存在するため、この両者が緩衝剤となって応力を大幅に緩和している。
そのため、本発明によるパッケージは熱衝撃に対して非常に高い信頼性を持つことが出来ている。
またアクリル系接着剤を用いているため、セラミックや異方導電性弾性体シートを用いたパッケージに比べ非常に安価に製造可能である。
なお、本実施例ではフリップチップ実装法として圧接ペースト法を用いてＩＣ１２上の金バンプ１０とＦＰＣ上の銅パターン１８とを接続しているが、例えば金バンプを半田バンプに変えてリフローによって半田バンプとＦＰＣ上の銅パターン１８とを接続する等の他のフリップチップ接続法を取ることも勿論可能である。
また、ＦＰＣを基材であるモールド２０上にヤング率の小さいアクリル系接着剤で接着しているが、ヤング率の小さい他の接着剤もしくは接着シートによって接着することも勿論可能である。
図１（ｂ）は図１（ａ）における平板の基材であるモールド２０に代えて凹部３０を有するモールド２８を用いたパッケージの例で、ＩＣ１２は該凹部３０で銅配線１８を有するＦＰＣに実装されている。銅配線１８はモールド２８の下面まで引き回されている。
なお以下の図において同様の部材には同様の番号を付している。
図１（ｂ）に示すように樹脂成型品であるモールドを用いると、凹部３０を容易に形成出来るという利点がある。
図１（ｃ）は図１（ａ）における平板の基材であるモールド２０に代えて穴部３１を有するモールド２９を用いたパッケージの例で、ＩＣ１２は該穴部３０で銅配線１８を有するＦＰＣに実装されている。
該穴部３１においては、図１（ｂ）の凹部と異なり、穴部の底の部分には樹脂が存在せず穴がモールド２９を貫通するよう構成されている。このように構成すると、よりパッケージを薄型化出来る、パッケージの放熱性が上がる、モールド樹脂による応力の問題が軽減される等の利点がある。
また、図１（ｃ）においては透明なエポキシもしくはシリコン２７によって半導体１２の周囲すべてを保護している。このように保護することによりパッケージの信頼性のアップ、取り扱いの容易性が計れる。又保護に用いる部材２７は透明であるため光学特性上の問題を生じない。このような保護構造は図１（ｂ）にも応用可能なことは勿論である。
さらに、フリップチップ実装法、透明エポキシ材の特性によっては熱硬化樹脂２６とＩＣを保護する透明エポキシもしくはシリコン２７を共通化することも可能である。
図１（ｃ）に示すように樹脂成型品であるモールドを用いると、穴部３１を容易に形成出来るという利点がある。
図１（ｄ）は図１（ｂ）、（ｃ）のパッケージの斜視図で、モールド２８，２９のへこみ部分４０の底部にモールド樹脂が残っている場合はへこみ部分４０が凹部３０であり、モールド樹脂が残っていない場合はへこみ部分４０が穴部３１である。
凹部３０の底面及び側面に、もしくは穴部３１の側面に反射膜を設ければ、ＩＣ１２がＬＥＤの様な発光部材であった時発光効率の良いパッケージにすることが出来る。
このように発光効率の良い発光部材のパッケージには凹部もしくは穴部が必要であり、凹部もしくは穴部を安価に形成するためには樹脂成型品であるモールドを基材に用いる必要があったが、ＩＣの基材であるシリコンと樹脂成型品であるモールドとは熱膨張係数の差が大きく熱衝撃に対して信頼性上大きな問題があった。本発明によればこの問題を安価に解消している。
本発明による高信頼性パッケージの実施例図面である。 従来のパッケージ技術を説明する図である。
符号の説明
２０，２８、２９ 基材であるモールド
２４ 接着剤
２２ フレキシブル基板
１２ 半導体
３０ 凹部
３１ 穴部

Claims (8)

  1. 基材上に接着剤もしくは接着シートでフレキシブル基板を接着し、該フレキシブル基板上に半導体を実装したことを特徴とする高信頼性パッケージ。
  2. 前記半導体は前記フレキシブル基板上にフリップチップ実装されていることを特徴とする請求項１記載の高信頼性パッケージ。
  3. 前記基材はモールドであり樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１記載の高信頼性パッケージ。
  4. 前記基材は凹部もしくは穴部を有し、前記半導体は該凹部で前記フレキシブル基板上に実装されていることを特徴とする請求項１記載の高信頼性パッケージ。
  5. 前記フレキシブル基板がポリイミドもしくはポリエステルによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の高信頼性パッケージ。
  6. 前記接着剤もしくは接着シートがアクリル系の素材から成っていることを特徴とする請求項１記載の高信頼性パッケージ。
  7. 前記半導体がＬＥＤであることを特徴とする請求項１記載の高信頼性パッケージ。
  8. 前記半導体と前記基板間、もしくは前記半導体の周囲すべてがエポキシ又はシリコンにより保護されていることを特徴とする請求項１記載の高信頼性パッケージ。
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