JP2009260302A - 半導体パッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体チップ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。
【解決手段】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、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。
【選択図】図１

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。
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）。
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。
特開平１１−７４３１２
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
封止用樹脂未硬化状態での本発明半導体パッケージの断面模式図 本発明の半導体パッケージの模式図（封止用樹脂硬化後） 一種類の封止用樹脂のみで構成された一般的な半導体パッケージの断面模式図（封止用樹脂硬化後）
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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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

Claims (6)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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に何れか１項記載の半導体パッケージ。
  5. 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に何れか１項記載の半導体パッケージ。
  6. 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１〜５に何れか１項記載の半導体パッケージ。
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