JP2009260302A - Semiconductor package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、はんだバンプ(バンプ電極)を介して多層配線基板上に半導体チップを実装した半導体パッケージに関する。 The present invention relates to a semiconductor package in which a semiconductor chip is mounted on a multilayer wiring board via solder bumps (bump electrodes).
半導体チップを多層配線基板上に実装する方法は、接点数の増大、または、信号遅延の問題により、ワイヤーボンディング接続から、はんだバンプを介するフリップチップ接続に移行してきている。
フリップチップ接続では、図3に示すように、配線基板3と、配線基板3上に複数のバンプ電極2を介して接続された半導体チップ1と、配線基板3と半導体チップ1との間に設けられた封止用樹脂6とを備える半導体パッケージが製造される。
従来のようなコア層を持ち、比較的総厚が厚い多層配線基板上に半導体チップをフリップチップ接続で実装する場合は、多層配線基板はそれほど反らないが、電気特性に優れるコア層を持たず、総厚が薄い多層配線基板では、封止用樹脂を熱により硬化させる工程で、多層配線基板と半導体チップと封止用樹脂の熱膨張係数の相異から、多層配線基板が反ってしまい、実装不良または実装信頼性の低下を引き起こす(図3参照)。
The method of mounting a semiconductor chip on a multilayer wiring board has shifted from wire bonding connection to flip chip connection via solder bumps due to an increase in the number of contacts or signal delay.
In the flip-chip connection, as shown in FIG. 3, the
When mounting a semiconductor chip on a multilayer wiring board having a conventional core layer and a relatively large total thickness by flip chip connection, the multilayer wiring board is not warped so much, but has a core layer with excellent electrical characteristics. However, in a multilayer wiring board with a thin total thickness, the multilayer wiring board warps due to the difference in thermal expansion coefficients of the multilayer wiring board, the semiconductor chip, and the sealing resin in the process of curing the sealing resin by heat. This causes a mounting failure or a decrease in mounting reliability (see FIG. 3).
上記実装性、実装信頼性の問題を解決するため、はんだバンプエリア周辺部のはんだバンプを大きくする方法が提案されている(特許文献1参照)。しかし、この方法では、必要以上に大きいはんだバンプが必要になり、多ピン、狭ピッチ化に逆向するといった問題がある。 In order to solve the above problems of mounting property and mounting reliability, a method of enlarging solder bumps around the solder bump area has been proposed (see Patent Document 1). However, this method requires a solder bump that is larger than necessary, and there is a problem that it is counterproductive to multi-pin and narrow pitch.
本発明は、上述のような半導体チップと多層配線基板と封止用樹脂の熱膨張係数の相異から発生する反り問題を解決するためになされたものであり、多ピン、狭ピッチ化に逆向することなく、実装時の反りを小さくすることで、実装性、実装信頼性を向上させることができる半導体パッケージを提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in order to solve the problem of warping caused by the difference in thermal expansion coefficients of the semiconductor chip, the multilayer wiring board, and the sealing resin as described above. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor package that can improve mountability and mounting reliability by reducing warpage during mounting.
上記課題を解決するためになされた請求項1に係る発明は、配線基板と、前記配線基板上に複数のバンプ電極を介して接続された半導体チップと、前記配線基板と前記半導体チップとの間に設けられた封止用樹脂とを備える半導体パッケージであって、前記封止用樹脂は、前記配線基板と前記半導体チップとの間隙に充填された第一のチップ封止用樹脂と、前記第一のチップ封止用樹脂の外側で前記半導体チップの外周部とこの外周部に対向する前記配線基板箇所との間に設けられた第二のチップ封止用樹脂とを備え、前記第一のチップ封止用樹脂と前記第二のチップ封止用樹脂は互いに異なる弾性率を有していることを特徴とする半導体パッケージである。
The invention according to
次に請求項2に係る発明は、配線基板と、前記配線基板上に複数のバンプ電極を介して接続された半導体チップと、前記配線基板と前記半導体チップとの間に設けられた封止用樹脂とを備える半導体パッケージであって、前記封止用樹脂は、前記配線基板と前記半導体チップとの間隙に充填された第一のチップ封止用樹脂と、前記第一のチップ封止用樹脂の外側で前記半導体チップの外周部とこの外周部に対向する前記配線基板箇所との間に設けられた第二のチップ封止用樹脂とを備え、前記第一のチップ封止用樹脂と前記第二のチップ封止用樹脂は互いに異なる線膨張係数を有していることを特徴とする半導体パッケージである。
Next, the invention according to
次に請求項3に係る発明は、前記第二のチップ封止用樹脂は、前記第一のチップ封止用樹脂よりも高い弾性率を有することを特徴とする請求項1又は2記載の半導体パッケージである。
Next, the invention according to
次に請求項4に係る発明は、前記第二のチップ封止用樹脂は、前記第一のチップ封止用樹脂よりも高い線膨張係数を有することを特徴とする請求項1〜3記載の半導体パッケージである。 Next, the invention according to claim 4 is characterized in that the second chip sealing resin has a higher linear expansion coefficient than the first chip sealing resin. It is a semiconductor package.
次に請求項5に係る発明は、前記第二のチップ封止用樹脂と前記第一のチップ封止用樹脂の弾性率の差が1GPa以上であることを特徴とする請求項1〜4記載の半導体パッケージである。
Next, the invention according to
次に請求項6に係る発明は、前記第二のチップ封止用樹脂と前記第一のチップ封止用樹脂の線膨張係数の差が10ppm以上であることを特徴とする請求項1〜4記載の半導体パッケージである。 Next, the invention according to claim 6 is characterized in that the difference in linear expansion coefficient between the second chip sealing resin and the first chip sealing resin is 10 ppm or more. It is a semiconductor package of description.
本発明では、異なる弾性率を有する2種類チップ封止用樹脂、もしくは異なる線膨張係数を有する2種類のチップ封止用樹脂、を用いて多層配線基板上に実装された半導体チップを封止することにより、半導体チップの外周部に配置されたチップ封止用樹脂が基板の反りと逆方向の応力を生じさせて、多層配線基板と半導体チップの熱膨張係数の相異に起因する基板の反りを低減させることが可能となるため、反りの生じやすいコアを有さない多層配線基板に半導体チップを実装したパッケージに特に有効である。 In the present invention, a semiconductor chip mounted on a multilayer wiring board is sealed using two types of chip sealing resins having different elastic moduli or two types of chip sealing resins having different linear expansion coefficients. As a result, the chip sealing resin disposed on the outer periphery of the semiconductor chip causes stress in the opposite direction to the warpage of the substrate, and the warpage of the substrate due to the difference in the thermal expansion coefficient between the multilayer wiring board and the semiconductor chip. Therefore, it is particularly effective for a package in which a semiconductor chip is mounted on a multilayer wiring board that does not have a core that is likely to be warped.
図1及び図2は本発明の半導体パッケージの断面模式図である。
半導体パッケージは、多層配線基板3と、多層配線基板3上に複数のはんだバンプ2(バンプ電極)を介して接続された半導体チップ1と、多層配線基板3と半導体チップ1との間に設けられた封止用樹脂4,5とを備えている。
封止用樹脂4,5は、多層配線基板3と半導体チップ1との間隙に充填された第一のチップ封止用樹脂4と、第一のチップ封止用樹脂4の外側で半導体チップ1の外周部とこの外周部に対向する多層配線基板3箇所との間に設けられた第二のチップ封止用樹脂5とを備えている。
第一のチップ封止用樹脂4と第二のチップ封止用樹脂5は互いに異なる弾性率を有している。
あるいは、第一のチップ封止用樹脂4と第二のチップ封止用樹脂5は互いに異なる線膨張係数を有している。
ここで図1の模式図は、封止用樹脂4,5を注入した直後で封止用樹脂4,5の硬化前の状態であり、従って加熱等による反り生じていない状態を示している。本発明では、上記2種類のチップ封止用樹脂4、5の線膨張係数、もしくは硬化後の弾性率がそれぞれ異なることを特徴としている。ここで本発明での弾性率とはヤング率を意味するものとする。以下、本明細書における封止用樹脂の弾性率は、樹脂硬化後のヤング率である。
1 and 2 are schematic cross-sectional views of the semiconductor package of the present invention.
The semiconductor package is provided between the
The
The first chip sealing resin 4 and the second
Alternatively, the first chip sealing resin 4 and the second
Here, the schematic diagram of FIG. 1 shows a state immediately after injecting the
各封止用樹脂4,5の材料には公知の絶縁樹脂を用いることが可能である。具体的には、エポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂を用いることができる。また、封止用樹脂4,5にはシリカ等のフィラーを含有したものを用いることができる。封止用樹脂の弾性率は、同じエポキシ樹脂でも添加物や、架橋の程度、フィラーの割合によっても異なるから、適宜選択することができる。
A known insulating resin can be used as the material of the
本発明の半導体パッケージにおける多層配線基板3は、任意の多層配線基板を採用することができるが、コア基板を持たない多層配線基板、あるいはコア基板の膜厚が薄い薄コア基板は、剛性が低いためにリフロー時に反りが生じやすいから、本発明において特に効果を発揮する。
As the
図2は封止用樹脂4及び5を熱硬化した半導体パッケージの断面模式図であり、図3は、1種類の封止用樹脂6のみ用いて形成された一般的な半導体パッケージの断面模式図であり、半導体チップ1が実装された側と反対の面に反りが生じる場合の例を示している。
図3の半導体パッケージでは、半導体チップ1と封止用樹脂6と多層配線基板3との熱膨張係数の相異により、封止樹脂6を熱硬化させる工程で、半導体チップ1直下部分の多層配線基板3がせり上がり、半導体チップ1が実装された側と反対の面に反りが生じている。
一方、図2に示した本発明の半導体パッケージでは、半導体チップ1の外周部に形成された封止用樹脂5の弾性率が封止用樹脂4の弾性率よりも大きいため、基板温度が低下した際、多層配線基板3を反りとは逆方向に引っ張る力が働き、反りが低減される。
また、封止用樹脂5の線膨張係数が封止用樹脂4の線膨張係数よりも大きい場合も、基板温度が低下した際、多層配線基板5を反りとは逆方向に引っ張る力が働き、反りが低減される。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor package obtained by thermosetting the
In the semiconductor package of FIG. 3, in the process of thermosetting the sealing resin 6 due to the difference in thermal expansion coefficient among the
On the other hand, in the semiconductor package of the present invention shown in FIG. 2, since the elastic modulus of the
Further, when the linear expansion coefficient of the
本発明の半導体パッケージでは、半導体チップ1と多層配線基板3の間に配置された封止用樹脂4と、半導体チップ1の外周部に配置された封止用樹脂5との弾性率の差が大きいほど、また線膨張係数差が大きいほど反りの低減効果も大きいと考えられ、小さいと充分に応力が働かないため、両封止用樹脂4,5の弾性率の差は1GPa以上、線膨張係数は20ppm以上であることが好ましい。
In the semiconductor package of the present invention, there is a difference in elastic modulus between the sealing resin 4 disposed between the
<実施例>
以下に本発明による半導体チップ実装方法を、実施例に基づいて説明する。
多層配線基板3として、ポリイミドを絶縁層、銅を配線部とする線膨張係数が20ppmの6層基板を用意した。
<Example>
Hereinafter, a semiconductor chip mounting method according to the present invention will be described based on examples.
As the
半導体チップ1と多層配線基板3とをはんだバンプ2を介して接合後、封止用樹脂4を半導体チップ1と多層配線基板3間に注入することにより封止した。次に、半導体チップ1外周部を封止用樹脂5で封止した。その後、封止樹脂4,5の熱硬化処理を行った。なお、封止用樹脂4、5はエポキシ系を用い、封止用樹脂4は硬化後の弾性率が9.5GPa、封止用樹脂5は硬化後の弾性率が11.0GPaであるものを使用した。
After the
以上のような工法により作製した本発明の半導体パッケージの多層配線基板3の平面度を測定したところ180μmであった。
The flatness of the
また、半導体チップ1と多層配線基板3とをはんだバンプ2を介して接合後、封止用樹脂4を半導体チップ1と多層配線基板3間に注入することにより封止した。次に、半導体チップ外周部1を封止用樹脂5で封止した。その後、封止樹脂4,5の熱硬化処理を行った。なお、封止用樹脂4、5はエポキシ系を用い、封止用樹脂4は線膨張係数が20ppm、封止用樹脂5は線膨張係数が30ppmであるものを使用した。
Further, after the
以上のような工法により作製した本発明の半導体パッケージの多層配線基板3の平面度を測定したところ160μmであった。
The flatness of the
<比較例>
実施例における封止用樹脂4と同一の樹脂材料の一種類の封止用樹脂6のみで封止を行った以外は同様の工程で多層配線基板3上にはんだバンプ2を介して半導体チップ1を実装し、半導体パッケージを作製した。当該半導体パッケージの多層配線基板3の平面度を測定したところ、400μmであり、本発明の実施例と比較して2倍以上の反りが生じていた。
<Comparative example>
The
1・・・半導体チップ
2・・・はんだバンプ
3・・・多層配線基板
4・・・封止用樹脂
5・・・封止用樹脂
6・・・封止用樹脂
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記配線基板上に複数のバンプ電極を介して接続された半導体チップと、
前記配線基板と前記半導体チップとの間に設けられた封止用樹脂と、
を備える半導体パッケージであって、
前記封止用樹脂は、前記配線基板と前記半導体チップとの間隙に充填された第一のチップ封止用樹脂と、前記第一のチップ封止用樹脂の外側で前記半導体チップの外周部とこの外周部に対向する前記配線基板箇所との間に設けられた第二のチップ封止用樹脂とを備え、
前記第一のチップ封止用樹脂と前記第二のチップ封止用樹脂は互いに異なる弾性率を有している、
ことを特徴とする半導体パッケージ。 A wiring board;
A semiconductor chip connected via a plurality of bump electrodes on the wiring board;
A sealing resin provided between the wiring substrate and the semiconductor chip;
A semiconductor package comprising:
The sealing resin includes a first chip sealing resin filled in a gap between the wiring board and the semiconductor chip, and an outer peripheral portion of the semiconductor chip outside the first chip sealing resin. A second chip sealing resin provided between the wiring board part facing the outer peripheral part,
The first chip sealing resin and the second chip sealing resin have different elastic moduli,
A semiconductor package characterized by that.
前記配線基板上に複数のバンプ電極を介して接続された半導体チップと、
前記配線基板と前記半導体チップとの間に設けられた封止用樹脂と、
を備える半導体パッケージであって、
前記封止用樹脂は、前記配線基板と前記半導体チップとの間隙に充填された第一のチップ封止用樹脂と、前記第一のチップ封止用樹脂の外側で前記半導体チップの外周部とこの外周部に対向する前記配線基板箇所との間に設けられた第二のチップ封止用樹脂とを備え、
前記第一のチップ封止用樹脂と前記第二のチップ封止用樹脂は互いに異なる線膨張係数を有している、
ことを特徴とする半導体パッケージ。 A wiring board;
A semiconductor chip connected via a plurality of bump electrodes on the wiring board;
A sealing resin provided between the wiring substrate and the semiconductor chip;
A semiconductor package comprising:
The sealing resin includes a first chip sealing resin filled in a gap between the wiring board and the semiconductor chip, and an outer peripheral portion of the semiconductor chip outside the first chip sealing resin. A second chip sealing resin provided between the wiring board part facing the outer peripheral part,
The first chip sealing resin and the second chip sealing resin have different linear expansion coefficients,
A semiconductor package characterized by that.
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