(57)【要約】【課題】  半導体装置の薄型化及び軽量化を図りながら、半導体チップの反りを十分に抑え、半導体チップの電気特性変化や配線ビアの断線を抑制する。【解決手段】  半導体装置を、周縁に反り部１ａを形成した皿状の配線基板１上に半導体チップ２を実装した構造とする。これにより、製造時の熱履歴や検査時あるいは使用時の外力に起因する半導体チップ２の反り等の形状変化とこれに伴う応力を抑え、半導体チップ２の電気特性変化や配線ビアの断線を抑制することが可能となる。【選択図】  図１
2006165275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周縁が反った皿状の配線基板上に半導体チップが実装された半導体装置。
【請求項２】
周縁が反った皿状の薄板構造物の上に配線基板が積層され、この配線基板上に半導体チップが実装された半導体装置。
【請求項３】
皿状の配線基板は、複数の配線パターンとそれらを電気的に接続するインナービアとが周縁の反り部を除いた中央の平坦部に配置されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
皿状の薄板構造物は、ヤング率が２００ＧＰａ以上である請求項２記載の半導体装置。
【請求項５】
周縁の反り部が、半導体チップが実装されている側へ反っている請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
少なくとも配線基板と半導体チップとが積層された積層体が２組、それぞれの半導体チップのアクティヴ面に背反する背面を対向させた状態で積層された請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
皿状の配線基板は、電気絶縁性の有機材料あるいはセラミックを基材として形成された請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
皿状の薄板構造物は、セラミック、鉄、タングステン、モリブデンの内のいずれかを基材として形成された請求項２記載の半導体装置。
【請求項９】
周縁の反り部を除いた平坦部の面積が半導体チップと同等あるいはより大きい請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１０】
皿状の配線基板は、平面視して、半導体チップと相似形または円形の外形を有している請求項１記載の半導体装置。
【請求項１１】
皿状の薄板構造物は、平面視して、半導体チップと相似形または円形の外形を有している請求項２記載の半導体装置。
【請求項１２】
皿状の配線基板の上面から反り端部までの高さは、半導体チップとそのチップ上面を覆う封止樹脂との厚みの和以下である請求項１記載の半導体装置。
【請求項１３】
皿状の薄板構造物の上面から反り端部までの高さは、配線基板と半導体チップとそのチップ上面を覆う封止樹脂との厚みの和以下である請求項２記載の半導体装置。
【請求項１４】
皿状の配線基板の上面から反り端部までの高さは、配線基板の外形ごとに予め決めた基準部位の寸法の２％以上である請求項１記載の半導体装置。
【請求項１５】
皿状の薄板構造物の上面から反り端部までの高さは、薄板構造物の外形ごとに予め決めた基準部位の寸法の２％以上である請求項２記載の半導体装置。
【請求項１６】
周縁が反った皿状の配線基板を形成する基板形成工程と、皿状の配線基板の上に半導体チップを実装する実装工程とを行う半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
周縁が反った皿状の薄板構造物を形成する基板形成工程と、皿状の薄板構造物の上に配線基板を積層する積層工程と、積層された配線基板上に半導体チップを実装する実装工程とを行う半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
基板形成工程で、複数の配線パターンとそれらを電気的に接続するインナービアとが形成された多層構造の平板状配線基板をプレスして皿状に成型加工するか、あるいは、複数の電気絶縁性基板をそれぞれプレスして皿状に成型加工した後、複数の配線パターンとそれらを電気的に接続するインナービアとを形成し、ビルドアップすることにより、多層構造の皿状の配線基板を形成する請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを配線基板に積層して実装した半導体装置及びその製造方法に関し、特に、製造時の熱履歴や検査時あるいは使用時の機械的ストレスによる半導体チップの反り等の形状変化とこれに伴う応力を抑え、半導体チップの電気特性変化や配線ビアの断線を抑制する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置を図７に示す。複数の配線パターンとそれらを電気的に接続するインナービアとを有した平坦な電気絶縁性基板１（以下、配線基板１という）の上に、半導体チップ２をアクティヴ面を上向きにして樹脂製接着剤３で接着して積層し、半導体チップ２と配線基板１とをワイヤ４を介して電気的に接続し、半導体チップ２及びワイヤ４を包埋するように樹脂５で封止している。
【０００３】
しかしこのように配線基板１上に半導体チップ２を積層して熱硬化性等の樹脂５で封止する半導体装置、特に高密度実装する半導体装置においては、積層した材料間の熱膨張係数、ヤング率、あるいはポワッソン比等の差に基づき、製造過程での熱履歴に由来して、半導体チップに反り等の形状変化とこれに伴う応力が発生したり、検査時あるいは使用時に外的な機械的ストレスが加わることにより、半導体チップの電気特性変化や配線ビアの断線をもたらす危険性があった。そこでそれを防止すべく、種々の提案がなされている。
【０００４】
図８は特許文献１に開示された半導体装置の構成を示す。この半導体装置は、半導体チップ１０６を基板１０１にフェースダウンでバンプ１０２により接合し、半導体チップ１０６の周囲および基板１０１との間を樹脂１０５，１０３で封止した後、半導体チップ１０６の非活性表面１０７と樹脂１０５の表面１０５ａとを共通に研削して全体を薄型化し、面一になった表面に金属板１０８を貼着しており、この金属板１０８に、反り防止と放熱の機能を併せ持たせている。
【０００５】
図９は特許文献２に開示された半導体装置の製造工程を示す。図９（ａ）に示すように、石英基板１２１ａに設けた粘着シート１２２ａ上に半導体チップ１２３の電極面を下にして仮固定し、半導体チップ１２３を含む全面を覆うように樹脂膜１２４を被着し、図９（ｂ）に示すように、同様にして石英基板１２１ｂ上に粘着シート１２２ｂにてダミーチップ１２７を仮固定して樹脂膜１２４を被着したものと、半導体チップ１２３とダミーチップ１２７とが対向するように重ね合わせ、樹脂膜１２４の厚みが一定になるように押圧する。樹脂膜１２４の硬化後に、粘着シート１２２ａ、１２２ｂの粘着力を弱めるための処理を行い、双方の石英基板１２１ａ，１２１ｂを樹脂膜１２４から分離して、図９（ｃ）に示すような、樹脂膜１２４の両面にダミーチップ１２７と半導体チップ１２３の電極面が露出した反り防止された擬似ウエハーを得る。この擬似ウエハーに所定の加工を施し、図９（ｄ）に示すようにチップ状の電子部品に個片化して、実装に用いる。
【特許文献１】特開２００１−２６７４７０公報
【特許文献２】特開２００３−１９７６５９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された半導体装置では、金属板１０８を厚くすると半導体装置全体の薄型化が実現されず、重量も増してしまい、薄くすると半導体チップ１０６の反り防止を十分には実現できないという問題があった。
【０００７】
特許文献２に記載された半導体装置では、製造時の熱履歴や検査時あるいは使用時の機械的ストレスに由来する半導体チップ１２３の反り等の形状変化とこれに伴う応力を十分に抑えることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、半導体装置の薄型化及び軽量化を図りながら、半導体チップの反りを十分に抑え、半導体チップの電気特性変化や配線ビアの断線を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、周縁が反った皿状の配線基板上に半導体チップが実装されたことを特徴とする。
また本発明の半導体装置は、周縁が反った皿状の薄板構造物の上に配線基板が積層され、この配線基板上に半導体チップが実装されたことを特徴とする。
【００１０】
皿状の配線基板は、複数の配線パターンとそれらを電気的に接続するインナービアとが周縁の反り部を除いた中央の平坦部に配置されているのが好ましい。
皿状の薄板構造物は、ヤング率が２００ＧＰａ以上であるのが好ましい。
【００１１】
周縁の反り部は、半導体チップが実装されている側へ反っているのが好ましい。
少なくとも配線基板と半導体チップとが積層された積層体が２組、それぞれの半導体チップのアクティヴ面に背反する背面を対向させた状態で積層された構造であってよい。
【００１２】
皿状の配線基板は、電気絶縁性の有機材料あるいはセラミックを基材として形成されたものであってよい。
皿状の薄板構造物は、セラミック、鉄、タングステン、モリブデンの内のいずれかを基材として形成されたものであってよい。
【００１３】
周縁の反り部を除いた平坦部の面積が半導体チップと同等あるいはより大きいことを特徴とする。
皿状の配線基板は、平面視して、半導体チップと相似形または円形の外形を有している
ことを特徴とする。
【００１４】
皿状の薄板構造物は、平面視して、半導体チップと相似形または円形の外形を有していることを特徴とする。
皿状の配線基板の上面から反り端部までの高さは、半導体チップとそのチップ上面を覆う封止樹脂との厚みの和以下であるのが好ましい。
【００１５】
皿状の薄板構造物の上面から反り端部までの高さは、配線基板と半導体チップとそのチップ上面を覆う封止樹脂との厚みの和以下であるのが好ましい。
皿状の配線基板の上面から反り端部までの高さは、配線基板の外形ごとに予め決めた基準部位の寸法の２％以上であるのが好ましい。
【００１６】
皿状の薄板構造物の上面から反り端部までの高さは、薄板構造物の外形ごとに予め決めた基準部位の寸法の２％以上であるのが好ましい。
本発明の半導体装置の製造方法は、周縁が反った皿状の配線基板を形成する基板形成工程と、皿状の配線基板の上に半導体チップを実装する実装工程とを行うことを特徴とする。
【００１７】
また本発明の半導体装置の製造方法は、周縁が反った皿状の薄板構造物を形成する基板形成工程と、皿状の薄板構造物の上に配線基板を積層する積層工程と、積層された配線基板上に半導体チップを実装する実装工程とを行うことを特徴とする。
【００１８】
基板形成工程で、複数の配線パターンとそれらを電気的に接続するインナービアとが形成された多層構造の平板状配線基板をプレスして皿状に成型加工するか、あるいは、複数の電気絶縁性基板をそれぞれプレスして皿状に成型加工した後、複数の配線パターンとそれらを電気的に接続するインナービアとを形成し、ビルドアップすることにより、多層構造の皿状の配線基板を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の半導体装置は、半導体チップを皿状の配線基板に実装するか、あるいは半導体チップを実装する配線基板を皿状の薄板構造物で裏打ちするようにしたことにより、製造時の熱履歴や検査時あるいは使用時の機械的ストレスによる半導体チップの反り等の形状変化とこれに伴う応力を抑えることができ、半導体チップの電気特性変化や配線ビアの断線を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の半導体装置の構成を示す。図１（ａ）は同半導体装置の断面図、図１（ｂ）は同半導体装置の一部の斜視図である。
【００２１】
半導体装置は、配線基板１の上に半導体チップ２をアクティヴ面を上向きにして樹脂製接着剤３で接着して積層し、半導体チップ２と配線基板１とをワイヤ４を介して電気的に接続し、半導体チップ２及びワイヤ４を包埋するように樹脂５でモールディングしている。
【００２２】
この半導体装置が従来のものと相違するのは、配線基板１が、周縁が反った皿状に成型されている点である。配線基板１は、複数の配線パターンとそれらを電気的に接続するインナービアとが電気絶縁性の基材に形成されたものであるが、周縁の反り部１ａは、半導体チップ２が積層される側へ上向きに反って加工されており、反り加工されない中央の平坦部１ｂに配線パターンおよびインナービアが形成されている。図１（ｂ）に示した破線は、配線パターンおよびインナービアが配置されている領域を示している。
【００２３】
この構造によれば、配線基板１が皿状であるため、平板状である場合に比べて、半導体装置全体の強度が大きく向上し、モールディング等の製造時の熱履歴に伴われる荷重や、半導体装置に加えられる機械的外力に対して、内蔵された半導体チップ２の反り等の形状変化やそれに伴う半導体チップ２内部の応力の発生が抑えられる。その結果、半導体チップ２の電気特性変化や配線ビアの断線が抑制される。配線基板１が半導体チップ１側へ反っていることから、半導体装置の薄型化が阻害されることもない。
【００２４】
図２は皿状の配線基板１の作成方法を示す。
複数の配線パターンとインナービアとを形成した平坦な配線基板を用意し、図示したような、周縁部が湾曲して立ち上がった凹面８１ａを持った金属製の型８１に載せ、この型８１の凹面８１ａとの間に所定の間隙を形成する凸面８０ａを持った機械的プレス機８０で上から押圧することで、皿状に成型加工する。この際に６０℃から１５０℃程度の熱を加えながら押圧すると加工が容易である。
【００２５】
このように成型加工する際に断線等の故障や劣化が起こるのを防ぐために、上記したように平坦部１ｂとなる位置に配線パターンやインナービアを配置している。しかし配線パターンやインナービアを周縁部分に配置しても、成型加工を慎重に行うことによって、断線等の故障や劣化を回避することは可能である。
【００２６】
図１に示した半導体装置について実施例を挙げて説明する。
皿状の配線基板１は、有機材料を基材としたビルドアップ８層の、厚さ７００ミクロンで一辺２０ｍｍの正方形の平坦な配線基板を成型加工して、基板周縁の３ｍｍ幅部分が一様に反って基板底部から端部までの高さＨが１．２ｍｍになるように、反り部１ａを形成した。
【００２７】
この反り部１ａを持った皿状の配線基板１の中央の平坦部１ｂに、樹脂製の接着剤３を２０ミクロン厚で塗布し、厚さ１００ミクロンで一辺１０ｍｍの正方形の半導体チップ２を接着し、配線基板１と半導体チップ２とをワイヤ４でボンディングし、１８０℃に加熱した樹脂５を用いて半導体チップ２及びワイヤ４を包埋するように、かつチップ上面における樹脂５の厚みが５００ミクロンになるように封止し、２５℃の常温に戻して硬化させて、モールディングを完了した。
【００２８】
配線基板１の反り部１ａの高さＨは、配線基板１の厚み７００ミクロンと、半導体チップ２の厚み１００ミクロンと、チップ上面における樹脂５の厚み５００ミクロンとの和である１３００ミクロン以下とすることが、半導体装置の薄型化のために有効である。換言すると、基板上面から端部までの高さを、半導体チップ２の厚み１００ミクロンと、チップ上面における樹脂５の厚み５００ミクロンとの和である６００ミクロン以下とすることが、半導体装置の薄型化のために有効である。この条件を満たすように、反り部１ａの高さＨを上述したように１．２ｍｍ（１２００ミクロン）としている。
【００２９】
得られた半導体装置（以下、実施例１の半導体装置という）では、半導体チップ２はわずかに下に凸になるように反ったものの、その反り量は、半導体チップ２の中央部と端部との高さの差として１ミクロンであった。比較のために、周縁が反っていない同一構造，同一寸法の平板状の配線基板を用いて同様にして半導体装置を構成したところ、その反り量は、半導体チップの中央部と端部との高さの差として２０ミクロンに達した。
【００３０】
また実施例１の半導体装置を、図３に示すように、装置中央に対して対称な位置に配置した２つの支点９で支え、装置上部中央を先端の幅が１ｍｍの刃１０を用いて２０Ｎの圧力で加圧し、その状態で装置中央部の下方へのたわみ量をレーザー干渉装置にて測定したところ、そのたわみ量は１０ミクロンであった。比較のために、周縁が反っていない同一構造，同一寸法の平板状の配線基板を用いて同様にしてたわみ量を測定したところ、そのたわみ量は５０ミクロンに達した。
【００３１】
なお、実施例１の半導体装置では、皿状の配線基板１，半導体チップ２とも正方形のものを用いたが、配線基板１，半導体チップ２の形状が互いに異なっていてもよい。たとえば、皿状の配線基板１を、周縁の反り部１ａを除いた平坦部１ｂの面積がほぼ同一になるように円形に作成した場合には、強度はより大きくなり、上記と同様にして半導体装置を作成したときには、半導体チップ２はわずかに下に凸になるように反ったものの、その反り量は、半導体チップ２の中央部と端部との高さの差として０．４ミクロンであった。
【００３２】
実施例１の半導体装置では、一辺１０ｍｍの正方形の半導体チップ２に対し、一辺２０ｍｍの正方形の配線基板１を用いたが、配線基板１は、周縁の反り部１ａを除いた平坦部１ｂの寸法が半導体チップ２の寸法より大きければよく、特に限定されない。
【００３３】
実施例１の半導体装置では配線基板１に有機材料を用いたが、セラミックを用いてもよい。セラミックを用いる場合には、複数の配線パターンとインナービアとを形成したセラミックゴムシートを、上記と同様にして皿状に成型加工した後、オーブン内で１５００〜１６００℃にて３０〜４０時間程度焼成する。焼成後の皿状の配線基板を用いて上記と同様にして半導体装置を作成し、その強度を、同様にして作成した平坦なセラミック配線基板を用いた半導体装置と比較したところ、皿状の配線基板を用いた場合に、平坦な配線基板を用いた場合と比べて５．６倍の強度増加を確認することができた。
【００３４】
皿状の配線基板１を作成する際に、ビルドアップする前の各層の平板状基板を上記と同様にして機械的プレス機を用いて皿状に成型加工し、各層の皿状基板に複数の配線パターンとインナービアを形成するとともに各層の皿状基板をビルドアップして、多層構造とすることも、配線パターンやインナービアに機械的ストレスを与えないという意味で好ましかった。
【００３５】
反り部１ａの高さＨは、先に説明したように、配線基板１と半導体チップ２とチップ上面の樹脂５の厚みの和以下とすることが半導体装置の薄型化のために有効であるが、一方で、反り部１ａの高さＨを、配線基板１の特徴的な長さの２％以上の寸法とすることが、半導体装置の強度を維持するうえで好ましかった。特徴的な長さとは、配線基板１の形状が正方形である場合にはその一辺の長さ、長方形である場合にはその平均的な一辺の長さ（長辺と短辺とを平均した長さ）、円である場合にはその直径を指す。
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の半導体装置の断面図である。
【００３６】
この半導体装置は、周縁が反った皿状の配線基板１の上に半導体チップ１１，１２を２段に積層している。すなわち、皿状の配線基板１の上に、下段の半導体チップ１１をアクティヴ面を下向きにして、アクティヴ面に形成された複数個の金バンプ１３で電気的に接続して積層し、半導体チップ１１と配線基板１との間隙は樹脂製のアンダーフィル剤１４により満たしている。さらに半導体チップ１１の上に上段の半導体チップ１２をアクティヴ面を上向きにして樹脂製の接着剤３で接着して積層し、半導体チップ１２と配線基板１とをワイヤ４を介して電気的に接続し、下段の半導体チップ１１、上段の半導体チップ１２及びワイヤ４を包埋するように樹脂５でモールディングしている。
【００３７】
配線基板１において、周縁の反り部１ａは半導体チップ２が積層されている上側へ反っており、複数の配線パターンとそれらを電気的に接続するインナービアとは中央の平坦部１ｂに配置されており、平坦部１ｂ上に半導体チップ１１，１２が積層されている。配線基板１の成型加工法は実施の形態１と同様である。
【００３８】
図４に示した半導体装置について実施例を挙げて説明する。
皿状の配線基板１は、厚さ５５０ミクロンのビルドアップ６層の有機材料からなる一辺２０ｍｍの正方形の平坦な配線基板を成型加工して、基板周縁の３ｍｍ幅部分が一様に反って基板底部から端部までの高さＨが２.５ｍｍになるように、反り部１ａを形成した。
【００３９】
この反り部１ａを持った皿状の配線基板１の中央の平坦部１ｂに、厚さ１００ミクロンで一辺１８ｍｍの正方形の半導体チップ１１を、アクティヴ面を下にして、複数個の金バンプ１３を介して電気的に接続し、半導体チップ１１と配線基板１との間隙を樹脂製のアンダーフィル剤１４により満たした。
【００４０】
半導体チップ１１の上に樹脂製の接着剤３を塗布し、厚さ１００ミクロンで一辺６ｍｍの正方形の半導体チップ１２をアクティヴ面を上向きにして接着し、半導体チップ１２と配線基板１とをワイヤ４を介して電気的に接続し、１９０℃程度の樹脂５により、下段の半導体チップ１１、上段の半導体チップ１２及びワイヤ４を包埋するように、かつチップ上面における樹脂５の厚みが５００ミクロンになるように封止し、２５℃の常温に戻して硬化させて、モールディングを完了した。
【００４１】
得られた半導体装置（以下、実施例２の半導体装置という）では、半導体チップ１１及び１２はわずかに下に凸になるように反ったものの、その反り量は、半導体チップ１１，１２の中央部と端部との高さの差として、それぞれ、１ミクロン及び０．６ミクロンであった。比較のために、周縁部が反っていない同一構造、同一寸法の平坦な配線基板を用いて同様にして半導体装置を構成したところ、その反り量は、半導体チップの中央部と端部との高さの差として、それぞれ、２０ミクロン及び１２ミクロンに達した。
【００４２】
また実施例２の半導体装置を、図３に示したのと同様にして、装置中央に対して対称な位置に配置した２つの支点９で支え、装置上部中央を先端の幅が１ｍｍの刃１０を用いて３０Ｎの圧力で加圧し、その状態で装置中央部の下方へのたわみ量をレーザー干渉装置にて測定したところ、そのたわみ量は１０ミクロンであった。比較のために、周縁部が反っていない同一構造，同一寸法の平坦な配線基板を用いて同様にしてたわみ量を測定したところ、そのたわみ量は４５ミクロンに達した。
【００４３】
これらのことから、半導体チップ１１，１２を２段に積層した場合も、配線基板１が皿状であることによって、半導体装置全体の強度が大きく向上し、モールディング等の製造時の熱履歴に伴われる荷重や、半導体装置に加えられる機械的外力に対して、内蔵された半導体チップ１１，１２の反り等の形状変化やそれに伴う応力が抑えられ、半導体チップ１１，１２の電気特性変化や配線ビアの断線を抑制できることが確認された。
【００４４】
なおこの実施例２では、半導体チップを２段に積層する構造について説明したが、５段まで積層しても同様の効果があることが確認された。
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３の半導体装置の断面図である。
【００４５】
この半導体装置は、周縁が反った皿状の薄板構造物１５の上に配線基板１Ａを積層し、その配線基板１Ａの上に半導体チップ２を積層している。すなわち、タングステンよりなる皿状の薄板構造物１５を反り部１５ａが上向きになるように配置して、中央の平坦部１５ｂの上に平坦な配線基板１を樹脂製の接着剤１６で接着し、配線基板１の上に半導体チップ２をアクティヴ面を上向きにして樹脂製の接着剤３で接着して積層し、半導体チップ２と配線基板１とをワイヤ４を介して電気的に接続し、半導体チップ２及びワイヤ４を包埋するように樹脂５でモールディングしている。
【００４６】
図５に示した半導体装置について実施例を挙げて説明する。
皿状の薄板構造物１５は、厚さ３００ミクロンで一辺２０ｍｍの正方形のタングステン薄板をプレス機を用いて押圧することで、周縁の３ｍｍ幅部分が一様に反って底部から端部までの高さＨが１.４ｍｍの反り部１５ａが形成されるように、成型加工した。
【００４７】
この反り部１５ａを持った皿状の薄板構造物１５の中央の平坦部１５ｂに、樹脂製の接着剤１６を塗布した後、厚さ６００ミクロンのビルドアップ６層の有機材料でできた一辺１５ｍｍの正方形の配線基板１を接着して積層した。この配線基板１の上に、樹脂製の接着剤３を塗布した後、厚さ１００ミクロンで一辺１０ｍｍの正方形の半導体チップ２をそのアクティヴ面を上向きにして接着し、半導体チップ２の表面と配線基板１との間をワイヤ４を介して電気的に接続した。その後、１９０℃程度の樹脂５により、半導体チップ２及びワイヤ４を包埋するように、かつチップ上面における樹脂厚が５００ミクロンになるように封止し、２５℃の常温に戻して硬化させて、モールディングを完了した。
【００４８】
得られた半導体装置（以下、実施例３の半導体装置という）では、半導体チップ２はわずかに下に凸になるように反ったものの、その反り量は、半導体チップ２の中央部と端部との高さの差として１．２ミクロンであった。比較のために、周縁部が反っていない同一構造、同一寸法の平坦な配線基板を用いて同様にして半導体装置を構成したところ、その反り量は、半導体チップの中央部と端部との高さの差として、１８ミクロンに達した。
【００４９】
なお、皿状の薄板構造物１５の底部から端部までの高さＨは、薄板の厚み３００ミクロン、配線基板１の厚み６００ミクロン、半導体チップ２の厚み１００ミクロン、チップ上面における樹脂５の厚み５００ミクロンの和である１５００ミクロン以下とすることが、半導体装置の薄型化にとって有効であり、これを満たすようにこの実施例３の半導体装置でも、上記したように１．４ｍｍ（１４００ミクロン）としている。
【００５０】
実施例３の半導体装置を、図３に示したのと同様にして、装置中央に対して対称な位置に配置した２つの支点９で支え、装置上部中央を先端の幅が１ｍｍの刃１０を用いて３０Ｎの圧力で加圧し、その状態で装置中央部の下方へのたわみ量をレーザー干渉装置にて測定したところ、そのたわみ量は１１ミクロンであった。比較のために、周縁部が反っていない同一構造，同一寸法の平坦な配線基板を用いて同様にしてたわみ量を測定したところ、そのたわみ量は５５ミクロンに達した。
【００５１】
これらのことより、配線基板１は平坦であっても、その下に皿状の薄板構造物１５を配置することにより、半導体装置全体の強度が大きく向上し、モールディング等の製造時の熱履歴に由来する荷重や、半導体装置に加えられた機械的外力に対して、内蔵している半導体チップ２の反り等の形状変化とこれに伴う応力が抑えられ、半導体チップ２の電気特性変化や配線ビアの断線が抑制できることが確認できた。
【００５２】
なおこの実施例３の半導体装置では、薄板構造物１５の材料としてタングステンを用いたが、セラミック、鉄、あるいはモリブデン等、ヤング率が約２００ＧＰａ以上の硬い材料を用いれば同様の効果があることが確認された。
【００５３】
反り部１５ａの高さＨは、先に説明したように、薄板構造物１５と配線基板１と半導体チップ２とチップ上面の樹脂５の厚みの和以下とすることが半導体装置の薄型化のために有効であるが、薄板構造物１５の特徴的な長さの２％以上の寸法とすることが、半導体装置の強度を維持するうえで好ましかった。特徴的な長さとは、薄板構造物１５の形状が正方形である場合にはその一辺の長さ、長方形である場合にはその平均的な一辺の長さ（長辺と短辺とを平均した長さ）、円である場合にはその直径を指す。
（実施の形態４）
図６は本発明の実施の形態４の半導体装置の断面図である。
【００５４】
この半導体装置は、周縁が反った皿状の配線基板１の上に半導体チップ１１を積層したものを２組、互いの上面を対向させた状態で積層している（以下各組の部材を区別するために符号にＡまたはＢを添える）。すなわち、皿状の配線基板１Ａの上に、半導体チップ１１Ａをアクティヴ面を下向きにして、アクティヴ面に形成された複数個の金バンプ１３Ａで電気的に接続して積層し、半導体チップ１１Ａと配線基板１Ａとの間隙は樹脂製のアンダーフィル剤１４Ａにより満たしている。同様に、皿状の配線基板１Ｂの上に、半導体チップ１１Ｂをアクティヴ面を下向きにして、アクティヴ面に形成された複数個の金バンプ１３Ｂで電気的に接続して積層し、半導体チップ１１Ｂと配線基板１Ｂとの間隙は樹脂製のアンダーフィル剤１４Ｂにより満たしている。そして半導体チップ１１Ａと半導体チップ１１Ｂの上面に樹脂製の接着剤３を塗布し、互いの上面を対向させた状態で、接着して積層している。
【００５５】
配線基板１Ａ，１Ｂにおいて、周縁の反り部１ａは半導体チップ２が積層されている側へ反っており、複数の配線パターンとそれらを電気的に接続するインナービアとは中央の平坦部１ｂに配置されており、平坦部１ｂ上に半導体チップ１１Ａ，１１Ｂが積層されている。配線基板１Ａ，１Ｂの成型加工法は実施の形態１と同様である。
【００５６】
図６に示した半導体装置について実施例を挙げて説明する。
皿状の配線基板１Ａ，１Ｂは、厚さ５５０ミクロンのビルドアップ６層の有機材料からなる一辺２０ｍｍの正方形の平坦な配線基板を成型加工して、基板周縁の３ｍｍ幅部分が一様に反って基板底部から端部までの高さＨが０.７ｍｍになるように、反り部１ａを形成した。
【００５７】
この反り部１ａを持った皿状の配線基板１Ａの中央の平坦部１ｂに、厚さ１００ミクロンで一辺１０ｍｍの正方形の半導体チップ１１Ａを、そのアクティヴ面を下にして、複数個の金バンプ１３Ａを介して電気的に接続して積層し、半導体チップ１１Ａと配線基板１Ａとの間隙を樹脂製のアンダーフィル剤１４Ａにより満たした。同様にして、反り部１ａを持った皿状の配線基板１Ｂの中央の平坦部１ｂに半導体チップ１１Ｂを金バンプ１３Ｂを介して電気的に接続して積層し、半導体チップ１１Ｂと配線基板１Ｂとの間隙をアンダーフィル剤１４Ｂにより満たした。これら２つの半導体チップ１１Ａ，１１Ｂの上面を対向させた状態で、樹脂製の接着剤３で接着して、積層構造の半導体装置とした。
【００５８】
得られた半導体装置（以下、実施例４の半導体装置という）を、図３に示したのと同様にして、装置中央に対して対称な位置に配置した２つの支点９で支え、装置上部中央を先端の幅が１ｍｍの刃１０を用いて４０Ｎの圧力で加圧し、その状態で装置中央部の下方へのたわみ量をレーザー干渉装置にて測定したところ、そのたわみ量は１２ミクロンであった。比較のために、周縁部が反っていない同一構造，同一寸法の平坦な配線基板を用いて同様にしてたわみ量を測定したところ、そのたわみ量は５８ミクロンに達した。
【００５９】
これらのことより、皿状の配線基板１Ａ，１Ｂを用いることにより、半導体装置全体の強度が大きく増加し、半導体装置に加えられた機械的外力に対して、内蔵している半導体チップ１１Ａ，１１Ｂの反り等の形状変化とこれに伴う応力が抑えられ、半導体チップ１１Ａ，１１Ｂの電気特性変化や配線ビアの断線が抑制できることが確認できた。
【００６０】
なお、この実施例４では、配線基板１Ａ，１Ｂが反っている場合について説明したが、実施例３に記載した平坦な配線基板と皿状の薄板構造物とを用いてこの実施例４の２段積層構造の半導体装置を構成しても、半導体装置全体の強度が大きく増加し、半導体装置に加えられた機械的外力に対して、内蔵している半導体チップの反り等の形状変化とこれに伴う応力が抑えられ、半導体チップの電気特性変化や配線ビアの断線の抑制に有効であることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の半導体装置は、半導体チップを電気絶縁性の配線基板に実装して利用する種々の電子情報機器、電気機器等に広く有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の断面図および一部斜視図
【図２】図１の半導体装置の配線基板の成型加工方法を示した工程図
【図３】図１の半導体装置のたわみ量の測定方法を示した断面図
【図４】本発明の実施の形態２における半導体装置の断面図
【図５】本発明の実施の形態３における半導体装置の断面図
【図６】本発明の実施の形態４における半導体装置の断面図
【図７】従来の半導体装置の断面図
【図８】従来の他の半導体装置の断面図
【図９】従来のさらに他の半導体装置の断面図
【符号の説明】
【００６３】
１    配線基板
1a    反り部
1b    平坦部
２    半導体チップ
15    薄板構造物
15a   反り部
15b   平坦部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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