JP3442721B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に係
り、特に、放熱性を考慮したキャビティ・ダウン型（Ｃ
ａｖｉｔｙ Ｄｏｗｎ Ｔｙｐｅ）のボールグリットア
レイ（ＢＧＡ）パッケージの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、以下に示すようなものがあった。
【０００３】図１６は従来の放熱性を考慮したキャビテ
ィ・ダウン型のＢＧＡパッケージの平面図、図１７はそ
のＢＧＡパッケージのＥ−Ｅ線断面図である。
【０００４】これらの図に示すように、電気的配線回路
を施し、かつ放熱性を考慮するために銅板等からなる、
例えば、段差をつけた絞り加工基板１を用意し、その絞
り加工基板１の絞り加工部１ａに接着材２を介してＩＣ
チップ３を接着し、このＩＣチップ３の電極４と、絞り
加工基板１の電極５を金属細線６にて電気的に接続、所
謂ワイヤーボンドした後、エポキシ樹脂等の封止体７を
施し、基板表面１ｂに端子となる半田ボール８を加熱工
程により格子状に接着する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のＢＧＡパッケージの構造は、図１８乃至図２０
に示すように、ＢＧＡパッケージを装置側の基板、所謂
マザーボード９に接続した際に、温度変化のある環境に
晒されるとパッケージ側の基板１とマザーボード９との
熱膨張係数の違いにより、半田ボール８と加工基板１の
間に応力が集中して、図１９に矢印で示すように亀裂が
発生し、ついには、図２０に示すように完全に剥がれて
しまう。
【０００６】この応力は半田ボール８の角に集中するこ
とが一般的である。また、断面２次モーメントの関係か
ら、ＢＧＡパッケージ中心部から外側に向かって応力は
大きくなる。このように、半田ボール８の剥がれが起き
ると、電気的に導通がとれなくなるといった問題が発生
する。
【０００７】また、この問題を解決するために、ＢＧＡ
パッケージ側の基板を薄くし、柔らかくするという試み
があったが、反りや変形が発生し易くなり、基板製造時
に絞り加工が困難になったり、半導体をマザーボードに
実装する際に半田ボールが浮いて接続不具合になるとい
う問題が発生する。
【０００８】本発明は、上記問題点を除去し、半田ボー
ルに過剰な応力を与えることなく、接合強度を確保でき
る信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕半導体装置において、電気的配線回路を施し、か
つ放熱性を考慮するために金属からなる加工基板に、半
田ボールが接着される側の底面に底部を残し、前記半田
ボールが接着される反対側の表面に開口を有する凹部を
設けることを特徴とする。
【００１０】〔２〕上記〔１〕記載の半導体装置におい
て、前記凹部は複数あって、各凹部は前記半田ボールの
接着される面と反対側の面に、各半田ボールに対応して
設けられていることを特徴とする。
【００１１】〔３〕上記〔１〕記載の半導体装置におい
て、前記凹部はリング状であることを特徴とする。
【００１２】〔４〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載
の半導体装置において、前記凹部の深さは、前記加工基
板の中心部から外側に向かって順次深く形成することを
特徴とする。
【００１３】〔５〕上記〔１〕記載の半導体装置におい
て、前記加工基板の凹部が形成される領域は前記加工基
板の対角線上の角部に向かって延びる領域であることを
特徴とする。
【００１４】〔６〕上記〔１〕記載の半導体装置におい
て、前記加工基板の表面全体に内側から外側へ向かって
順次深さが深くなる階段状の凹部を形成することを特徴
とする。
【００１５】〔７〕上記〔１〕から〔６〕の何れか１項
記載の半導体装置において、前記凹部に樹脂を充填する
ことを特徴とする。
【００１６】〔８〕上記〔１〕記載の半導体装置におい
て、前記加工基板は段差をつけた絞り加工が施されてい
ることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
【００１８】図１は本発明の第１実施例を示すＢＧＡパ
ッケージの平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３
は図２のＡ部拡大断面図である。
【００１９】これらの図に示すように、電気的配線回路
を施し、かつ放熱性を考慮するために銅板などからなる
段差をつけた絞り加工基板１に、半田ボール８が接着さ
れる反対側の面に応力緩和のための凹部１０を設け、加
工基板１の絞り加工部１ａに接着材２を介してＩＣチッ
プ３を接着し、このＩＣチップ３の電極４とこの加工基
板１の電極５を金属細線６にて電気的に接続、所謂ワイ
ヤーボンドした後、エポキシ樹脂等の封止体７を施し、
基板表面１ｂに端子となる半田ボール８を加熱工程によ
り格子状に接着する。
【００２０】図３に示すように、凹部１０は断面的に見
た場合、半田ボール８の角に相当する位置の上に設ける
ことが望ましい。
【００２１】また、凹部１０の加工方法としては、液体
によるエッチングやドリル等を用いたミーリング加工等
がある。
【００２２】このように構成したので、第１実施例によ
れば、温度変化の際に半導体とマザーボードの熱膨張係
数の差によって発生する応力を、半田ボール８の角部に
集中することなく拡散させることができる。
【００２３】したがって、半田ボール８に過剰な応力を
与えることなく、接合強度を確保することができ、信頼
性の高いＢＧＡパッケージとなる。
【００２４】また、ＢＧＡパッケージ側の全体的な基板
の厚さを確保できるので、反りや変形を低減でき、基板
加工やマザーボードへの実装も問題なく実施することが
できる。
【００２５】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。
【００２６】図４は本発明の第２実施例を示すＢＧＡパ
ッケージの平面図、図５はそのＢＧＡパッケージの加工
基板の凹部の形状を示す断面図であり、図５（ａ）から
図５（ｃ）は図４に示した加工基板の外側から中心部へ
向かって順次形成される凹部の形状を示す断面図であ
る。なお、第１実施例と同じ部分については同じ符号を
付してその説明は省略する。
【００２７】図４及び図５に示すように、この実施例の
ＢＧＡパッケージは加工基板１の中心から外側に向かっ
て順次深くなるように変化させた凹部１１ｃ〜１１ａを
設ける。その場合、断面２次モーメントで応力の大きい
場所から順次、深い凹部１１ａ、中ほどの深さの凹部１
１ｂ、浅い深さの凹部１１ｃを形成する。つまり、断面
２次モーメントによる応力の差に対応する構成とする。
【００２８】上記のように、第２実施例によれば、第１
実施例の効果に加え、更に反りや変形を低減することが
できる。
【００２９】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。
【００３０】図６は本発明の第３実施例を示すＢＧＡパ
ッケージの平面図である。
【００３１】なお、この実施例では、下記以外について
は第１実施例又は第２実施例と同一であるため、説明を
省略する。
【００３２】図６に示すように、加工基板１の対角線上
にあたる領域１２にのみ、第１実施例又は第２実施例に
示される凹部を形成する。
【００３３】したがって、断面２次モーメントによる応
力の差に対応する構成とすることができる。
【００３４】また、第１及び第２実施例の効果に加え、
凹部の形成領域が低減されるので、凹部が加工し易くな
る。
【００３５】次に、本発明の第４実施例について説明す
る。
【００３６】図７は本発明の第４実施例を示すＢＧＡパ
ッケージの平面図、図８は図７のＢ−Ｂ線断面図であ
る。なお、下記以外については第１実施例と同一である
ため、説明を省略する。
【００３７】図８に示すように、加工基板１表面全体に
凹部１３を形成する。この凹部１３は、内側から外側に
向かって凹部の深さが階段状になるように徐々に深くす
る。つまり、断面２次モーメントによる応力の差に対応
する構成とする。
【００３８】このように構成したので、第２実施例の効
果に加え、更に応力緩和がされる。
【００３９】次に、本発明の第５実施例について説明す
る。
【００４０】図９は本発明の第５実施例を示すＢＧＡパ
ッケージの断面図である。
【００４１】この図に示すように、電気的配線回路を施
し、かつ放熱性を考慮するために銅板等からなる段差を
つけた絞り加工基板１に、半田ボール８が接着される基
板部１ｃの板厚を薄く加工し、この絞り加工部１ａ以外
にエポキシ樹脂等の応力緩和樹脂１４を一様に塗布し、
加工基板１の絞り加工部１ａに接着材２を介してＩＣチ
ップ３を接着し、このＩＣチップ３の電極４と、この加
工基板１の電極５を金属細線６にて電気的に接続、所謂
ワイヤーボンドした後、エポキシ樹脂等の封止体７を施
し、加工基板１の表面１ｂに端子となる半田ボール８を
加熱工程により格子状に接着する。
【００４２】このように、半田ボール８の領域上に応力
緩和樹脂１４を塗布することにより、熱膨張係数が変更
され、マザーボードと近い熱膨張係数になる。
【００４３】上記したように第５実施例によれば、半田
ボール８に過剰な応力を与えることなく、接合強度を確
保でき、信頼性の高いパッケージを構成することができ
る。
【００４４】また、パッケージ側の全体的な厚さを確保
することができるので、反りや変形が起こるといったこ
ともなく、基板加工やマザーボードへの実装も問題なく
実施することができる。
【００４５】次に、本発明の第６実施例について説明す
る。
【００４６】図１０は本発明の第６実施例を示すＢＧＡ
パッケージの断面図である。
【００４７】下記以外については第５実施例と同一であ
るため、説明を省略する。
【００４８】図１０に示すように、断面的に見ると半田
ボール８の角部に相当する加工基板１の部分に凹部を形
成し、この凹部にエポキシ樹脂等を充填した充填部１５
を設ける。
【００４９】このように構成したので、第６実施例によ
れば、温度変化の際に半導体とマザーボードの熱膨張係
数の差によって発生する応力が半田ボール８の角部に集
中することがなく、拡散させることができる。更に、反
りや変形を低減することができる。
【００５０】次に、本発明の第７実施例について説明す
る。
【００５１】図１１は本発明の第７実施例を示すＢＧＡ
パッケージの断面図である。
【００５２】なお、下記以外については第５実施例と同
一であるため、説明を省略する。
【００５３】図１１に示すように、パッケージ表面全体
に段差を変化させた凹部を形成し、この凹部にエポキシ
樹脂等を充填させた充填部１６を設ける。
【００５４】このように構成したので、断面２次モーメ
ントの応力変化に対応させることができる。
【００５５】したがって、第６実施例の効果に加え、加
工基板１の加工が容易になる。
【００５６】次に、本発明の第８実施例について説明す
る。
【００５７】図１２は本発明の第８実施例を示すＢＧＡ
パッケージの平面図、図１３は図１２のＣ−Ｃ線断面図
である。
【００５８】これらの図に示すように、電気的配線回路
を施し、かつ放熱性を考慮するために銅板等からなる段
差をつけた絞り加工基板１の中央部に貫通穴１７を設
け、加工基板１の絞り加工部１ａに接着材２を介してＩ
Ｃチップ３を接着し、このＩＣチップ３をその貫通穴１
７に充填された放熱性に優れている樹脂１８を介して放
熱板１９に接着し、このＩＣチップ３の電極４と、この
加工基板１の電極５を金属細線６にて電気的に接続、所
謂ワイヤーボンドした後、エポキシ樹脂等の封止体７を
施し、基板表面１ｂに端子となる半田ボール８を加熱工
程により格子状に接着する。
【００５９】このように、第８実施例によれば、加工基
板１の一部（中央部）に貫通穴１７を開けたことによ
り、熱による変形を低減することができる。
【００６０】したがって、半田ボール８に過剰な応力を
与えることなく、接合強度を確保でき、信頼性の高いパ
ッケージになる。また、ＩＣチップ３から発生する熱に
対する放熱性の向上を図ることができる。
【００６１】次に、本発明の第９実施例について説明す
る。
【００６２】図１４は本発明の第９実施例を示すＢＧＡ
パッケージの平面図、図１５は図１４のＤ−Ｄ線断面を
示す工程図であり、図１５（ａ）はその第１工程図、図
１５（ｂ）はその第２工程図である。
【００６３】これらの図に示すように、電気的配線回路
を施し、かつ放熱性を考慮するために銅板等からなる段
差をつけた絞り加工基板１の中央部に貫通穴２０を設
け、この貫通穴２０にＩＣチップ３を固定し、このＩＣ
チップ３の電極４とこの加工基板１の電極５を金属細線
６にて電気的に接続、所謂ワイヤーボンドした後、エポ
キシ樹脂等の封止体７を施し、この基板表面１ｂに端子
となる半田ボール８を加熱工程により格子状に接着す
る。
【００６４】貫通穴２０にＩＣチップ３を固定する方法
としては、図１５（ａ）に示すように、例えばその貫通
穴２０に予め耐熱性があり、かつ粘着性のあるテープ２
１を施しておき、このテープ２１にＩＣチップ３を固定
し、このＩＣチップ３の電極４とこの加工基板１の電極
５を金属細線６にて電気的に接続、いわゆるワイヤーボ
ンドした後、エポキシ樹脂等の封止体７を施し、この封
止体７が固まった時点で、図１５（ｂ）に示すように、
上記テープ２１を除去するようにする。
【００６５】このように、加工基板１の一部を除去した
ことにより、熱による変形を低減することができる。し
たがって、半田ボール８に過剰な応力を与えることな
く、接合強度を確保でき、信頼性の高いＢＧＡパッケー
ジを得ることができる。
【００６６】また、ＩＣチップ３の裏面が露出している
ので、放熱性に優れている。更に、現在パッケージの厚
さ方向を確保するためにＩＣチップ裏面を削る、いわゆ
るバックグラインド工程を行っているが、その工程を除
去することにより工数を低減することができる。また、
ＣＩＢ（Ｃｈｉｐ Ｉｎ Ｂｏａｒｄ）と同様の製造工
程が利用できる。
【００６７】本発明は、更に、以下のような利用形態を
有する。
【００６８】なお、第１実施例では、凹部の形状を円と
して示したが、この形状に限定するものではない。
【００６９】また、第２、４、７実施例で、段差の数を
３段で示したが、この数に限定するものではない。
【００７０】更に、第３実施例で、凹部の領域を楕円で
示したが、この形状に限定するものではない。
【００７１】また、第８、９実施例での貫通穴の形状、
設置場所は限定するものではない。
【００７２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００７３】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。
【００７４】（Ａ）半田ボールに過剰な応力を与えるこ
となく、接合強度を確保することができ、信頼性の高い
半導体装置を得ることができる。
【００７５】より具体的には、（Ｂ）温度変化の際に半
導体とマザーボードの熱膨張係数の差によって発生する
応力を、半田ボールの角部に集中することなく拡散させ
ることができる。
【００７６】（Ｃ）断面２次モーメントで応力の大きい
場所には深さが深い凹部を形成し、応力の小さい場所は
浅い凹部となるように調整し、断面２次モーメントによ
る応力の差に対応させることができる。
【００７７】（Ｄ）加工基板の対角線上にあたる領域に
のみ凹部を形成することにより、断面２次モーメントに
よる応力の差に対応する構成とすることができる。
【００７８】また、凹部の形成領域が低減されるので、
凹部が加工し易くなる。
【００７９】（Ｅ）断面２次モーメントで応力の大きい
場所には深い凹部を形成し、断面２次モーメントで応力
の小さい場所には浅い凹部を形成することにより、断面
２次モーメントによる応力の差に対応する構成とするこ
とができる。更に反りや変形が低減される。
【００８０】（Ｆ）半田ボールの領域上に応力緩和樹脂
を塗布することにより、熱膨張係数が変更され、マザー
ボードと近い熱膨張係数にすることができる。したがっ
て、半田ボールに過剰な応力を与えることなく、接合強
度を確保でき、信頼性の高いパッケージを構成すること
ができる。
【００８１】また、パッケージ側の全体的な厚さを確保
することができるので、反りや変形が起こるといったこ
ともなく、基板加工やマザーボードへの実装も問題なく
実施することができる。
【００８２】（Ｇ）断面的に見ると半田ボールの角部に
相当する加工基板の部分に凹部を形成し、この凹部にエ
ポキシ樹脂等を充填した充填部を設ける。したがって、
温度変化の際に半導体とマザーボードの熱膨張係数の差
によって発生する応力が半田ボールの角部に集中するこ
とはなく、拡散させることができる。更に反りや変形を
低減することができる。
【００８３】（Ｈ）パッケージ表面全体に段差を変化さ
せた凹部を形成し、この凹部にエポキシ樹脂などを充填
させた充填部を設ける。したがって、断面２次モーメン
トの応力変化に対応させることができる。また、加工基
板の加工が容易になる。
【００８４】（Ｉ）加工基板の一部（中央部）に貫通穴
を設けることにより、熱による変形を低減させることが
できる。したがって、半田ボールに過剰な応力を与える
ことなく、接合強度を確保でき、信頼性の高いパッケー
ジになる。また、ＩＣチップから発生する熱に対する放
熱性の向上を図ることができる。
【００８５】（Ｊ）加工基板の一部を除去したことによ
り、熱による変形が低減される。したがって、半田ボー
ルに過剰な応力を与えることなく、接合強度を確保で
き、信頼性の高いＢＧＡパッケージを得ることができ
る。
【００８６】また、ＩＣチップ裏面が露出しているの
で、放熱性に優れている。更に、現在パッケージの厚さ
方向を確保するためにＩＣチップ裏面を削る、いわゆる
バックグラインド工程を行っているが、その工程を除去
することにより工数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すＢＧＡパッケージの
平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施例を示すＢＧＡパッケージの
平面図である。
【図５】本発明の第２実施例を示すＢＧＡパッケージの
加工基板の凹部の形状を示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施例を示すＢＧＡパッケージの
平面図である。
【図７】本発明の第４実施例を示すＢＧＡパッケージの
平面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】本発明の第５実施例を示すＢＧＡパッケージの
断面図である。
【図１０】本発明の第６実施例を示すＢＧＡパッケージ
の断面図である。
【図１１】本発明の第７実施例を示すＢＧＡパッケージ
の断面図である。
【図１２】本発明の第８実施例を示すＢＧＡパッケージ
の平面図である。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】本発明の第９実施例を示すＢＧＡパッケージ
の平面図である。
【図１５】図１４のＤ−Ｄ線断面を示す工程図である。
【図１６】従来の放熱性を考慮したキャビティ・ダウン
型のＢＧＡパッケージの平面図である。
【図１７】図１６のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１８】図１６のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１９】図１８のＢ部拡大断面図である。
【図２０】従来技術の問題点を示す半田ボール部の剥が
れを示す図である。
【符号の説明】
１ 加工基板 １ａ 絞り加工部 １ｂ 基板表面 １ｃ 基板部 ２ 接着材 ３ ＩＣチップ ４ ＩＣチップの電極 ５ 加工基板の電極 ６ 金属細線 ７ 封止体 ８ 半田ボール １０，１１ａ〜１１ｃ，１３ 凹部 １２ 加工基板の対角線上にあたる領域 １４ 応力緩和樹脂 １５，１６ 充填部 １７，２０ 貫通穴 １８ 樹脂 １９ 放熱板 ２１ 粘着性のあるテープ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/12 501

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気的配線回路を施し、かつ放熱性を考
    慮するために金属からなる加工基板に、半田ボールが接
    着される側の底面に底部を残し、前記半田ボールが接着
    される反対側の表面に開口を有する凹部を設けることを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置において、前
    記凹部は複数あって、各凹部は前記半田ボールの接着さ
    れる面と反対側の面に、各半田ボールに対応して設けら
    れていることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体装置において、前
    記凹部はリング状であることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の半導体装置に
    おいて、前記凹部の深さは、前記加工基板の中心部から
    外側に向かって順次深く形成することを特徴とする半導
    体装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の半導体装置において、前
    記加工基板の凹部が形成される領域は前記加工基板の対
    角線上の角部に向かって延びる領域であることを特徴と
    する半導体装置。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の半導体装置において、前
    記加工基板の表面全体に内側から外側へ向かって順次深
    さが深くなる階段状の凹部を形成することを特徴とする
    半導体装置。
  7. 【請求項７】 請求項１から６の何れか１項記載の半導
    体装置において、前記凹部に樹脂を充填することを特徴
    とする半導体装置。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の半導体装置において、前
    記加工基板は段差をつけた絞り加工が施されていること
    を特徴とする半導体装置。
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