(57)【要約】【課題】  熱変動によって生ずる基板の反り等の影響を減少させることができる半導体パッケージを提供する。【解決手段】  表面に複数の電極パッドを有する基板１０と、基板上に複数の電極パッドに電気的に接続するように設置された半導体チップ１３と、基板上に半導体チップの回りを取り囲むように設けられたスティフナー１７とを備え、そのスティフナーは、絶縁材料層２１と、絶縁材料層中に、基板の表面と実質的に平行になるように配置された剛性板２３であって、複数のスルーホール３２が設けられ、スルーホールの少なくとも一部に絶縁材料が充填されている剛性板とを含むことを特徴とする半導体パッケージ１００である。【選択図】  図２
2008147596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の電極パッドを有する基板と、
前記基板上に、前記複数の電極パッドに電気的に接続するように設置された半導体チップと、  
前記基板上に、前記半導体チップの回りを取り囲むように設けられたスティフナーとを備え、前記スティフナーは、
絶縁材料層と、
前記絶縁材料層中に、前記基板の表面と実質的に平行になるように配置された剛性板であって、複数のスルーホールが設けられ、当該スルーホールの少なくとも一部に前記絶縁材料が充填されている剛性板と、を含むことを特徴とする、半導体パッケージ。
【請求項２】
さらに、前記基板の表面と前記半導体チップの間に設けられたアンダーフィルを有する、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項３】
前記剛性板は熱伝導性板からなる、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項４】
前記熱伝導性板は前記半導体チップの側面の少なくとも一部と熱的に接続する、請求項３の半導体パッケージ。
【請求項５】
前記剛性板は金属からなる、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項６】
前記絶縁材料層は樹脂材料からなる、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項７】
前記複数のスルーホールは、前記剛性板の表面に格子状に配置されている、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項８】
前記スティフナーと前記アンダーフィルは、前記半導体チップの周辺部において接触している、請求項２の半導体パッケージ。
【請求項９】
前記基板はコアレス基板からなる、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項１０】
前記基板はビルドアップ配線基板からなる、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項１１】
前記半導体チップは、前記基板の複数の電極パッドにはんだ接合している、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項１２】
請求項１の半導体チップが、前記基板の複数の電極パッドがある表面の裏側の表面において、一つの印刷回路基板にはんだ接合している、半導体装置。
【請求項１３】
半導体パッケージの製造方法であって、
表面に複数の電極パッドを有する基板を準備するステップと、
前記基板上に、前記複数の電極パッドに電気的に接続するように、半導体チップを設置するステップと、
前記基板の表面と前記半導体チップの間にアンダーフィルを設けるステップと、
前記基板上に、前記半導体チップの回りを取り囲むように、スティフナーを設けるステップとを含み、当該スティフナーを設けるステップは、
前記基板上の前記半導体チップの回りに第１の絶縁材料層を設けるステップと、
前記第１の絶縁材料層上に、複数のスルーホールが設けられた剛性板を設置するステップと、
前記第１の絶縁材料層上に、前記剛性板を覆うように第２の絶縁材料層を設けるステップであって、同時に前記剛性板の複数のスルーホールの少なくとも一部に前記絶縁材料が充填されるステップとを含む、製造方法。
【請求項１４】
半導体パッケージの製造方法であって、
表面に複数の電極パッドを有する基板を準備するステップと、
前記基板上に、前記複数の電極パッドに電気的に接続するように、半導体チップを設置するステップと、
前記基板の表面と前記半導体チップの間にアンダーフィルを設けるステップと、
前記基板上に、前記半導体チップの回りを取り囲むように、スティフナーを設けるステップとを含み、当該スティフナーを設けるステップは、
前記基板の表面上に、隙間を空けて、複数のスルーホールが設けられた剛性板を設置するステップと、
前記基板上に絶縁材料層を設けるステップであって、前記基板の表面と前記剛性板との間を充填しかつ前記剛性板の表面を覆うように、絶縁材料を設けるステップとを含む、製造方法。
【請求項１５】
前記剛性板は、前記基板の表面に対向する表面に、前記隙間を確保するための複数の突起部を有する、請求項１４の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体パッケージに関する。本発明は、より詳細には、耐熱応力性の大きい半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体パッケージ用の基板として、比較的硬化なガラスエポキシのような材料からなるコアを含まない、いわゆるコアレス基板が使われるようになってきた。コアレス基板として、例えば、絶縁層とパターン化した導体層を交互に積層したビルドアップ基板（ＳＬＣ基板）などがある。コアレス基板に半導体チップを搭載して得られるパッケージを一般にコアレス・パッケージと呼ぶ。
【０００３】
図１は従来のコアレス・パッケージの断面図である。コアレス基板１上に、基板表面の電極パッド（図示なし）に電気的に接続するように半導体チップ３が設置されている。基板１の表面と半導体チップ３のすき間には、樹脂材料のアンダーフィル５が充填されている。基板１上の半導体チップ３の回りには樹脂材料のスティフナー７が設けられている。コアレス基板１は、硬いコアを有しないので、コアがある基板に比べて、その剛性が低い。樹脂スティフナー７は、この基板の剛性の低さを補完するために設けられる。図１には、さらに基板１を他のベース基板（図示なし）に電気的に接続するためのボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）９が示されている。
【０００４】
図１の従来のコアレス・パッケージでは、樹脂スティフナーの効果が十分ではないので、基板、半導体チップ、アンダーフィル、およびスティフナーの熱膨張係数の違いから、ハンダリフロー工程等での熱変動により、熱応力が発生する。その熱応力により、基板全体の反り、半導体チップでのクラックや割れの発生、半導体チップの基板からのはがれ等の欠陥が発生する場合がある。
【０００５】
この欠陥発生を防ぐために、スティフナーを構成する樹脂中にフィラーを混入させてスティフナーの剛性を高めたり、あるいは樹脂成分調整によりスティフナーの熱膨張係数を半導体チップを構成するシリコンの熱膨張係数に近づけるという方法がある。しかし、これらの従来の方法は、基板の剛性を補完して熱応力を緩和するためには十分ではない。
【０００６】
他の方法として、日本の公開特許公報、特開2003-92376には、樹脂スティフナーの機械的強度を高めるために、樹脂スティフナー中に鉄製の補強材（板）を埋設することが開示されている。しかし、この公報の方法では、樹脂と補強材（板）との界面ではがれが生ずることがあり、その結果、基板の剛性を補完して熱応力を緩和するという効果が発揮されない場合がある。また、この公報の方法では、複数の補強材（金属片）を樹脂中に適切に配置するための位置決め操作が必要であり、製造工程が複雑になるという欠点もある。
【０００７】
【特許文献１】公開特許公報、特開2003-92376
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、熱応力に対して強い半導体パッケージを提供することである。
【０００９】
本発明の目的は、耐熱応力性および放熱特性に優れた半導体パッケージを提供することである。
【００１０】
本発明の目的は、熱変動によって生ずる基板の反り等の影響を減少させることができる半導体パッケージを提供することである。
【００１１】
本発明の目的は、コアレス基板の剛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である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、表面に複数の電極パッドを有する基板と、基板上に複数の電極パッドに電気的に接続するように設置された半導体チップと、基板上に半導体チップの回りを取り囲むように設けられたスティフナーとを備え、そのスティフナーは、絶縁材料層と、絶縁材料層中に、基板の表面と実質的に平行になるように配置された剛性板であって、複数のスルーホールが設けられ、スルーホールの少なくとも一部に絶縁材料が充填されている剛性板とを含むことを特徴とする半導体パッケージが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体パッケージは、熱応力に対して強い。
【００１４】
本発明の半導体パッケージは、耐熱応力性および放熱特性に優れている。
【００１５】
本発明の半導体パッケージは、熱変動によって生ずる基板の反り等の影響を減少させることができる。
【００１６】
本発明の半導体パッケージは、コアレス基板の剛性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明について図面を参照しながら以下に詳細に説明する。図２は、半導体パッケージ１００の断面図である。コアレス基板１０上に、基板表面の電極パッド（図示なし）に、はんだボール１５を介して電気的に接続するように半導体チップ１３が設置されている。半導体チップ１３としては、マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）等のＬＳＩチップ、メモリチップなどのあらゆる種類の半導体チップが含まれる。半導体の種類もシリコン（Ｓｉ）に限られず、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの化合物半導体も含まれる。また、ＧａＡｓ／Ｓｉなどの複数の種類の半導体からなるチップも含む。基板１０の表面と半導体チップ１３のすき間には、樹脂材料のアンダーフィル１５が充填されている。アンダーフィル１５は、半導体チップ１３と基板１０との接合を補強するために用いられる。アンダーフィル１５の材料としては、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂を用いる。
【００１８】
基板１０上の半導体チップ１３の回りを取り囲むように、スティフナー１７が設けられている。コアレス基板１０は、硬いコアを有しないので、コアがある基板に比べて、その剛性が低い。コアレス基板としては、例えば、絶縁層と配線層を交互に積層したビルドアップ配線基板を用いる。スティフナー１７は、この基板の剛性の低さを補完するために設けられる。図２には、さらに基板１を他のベース基板（図示なし）に電気的に接続するためのボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）１９が示されている。
【００１９】
スティフナー１７は、絶縁材料層２１と、絶縁材料層２１中に配置された剛性板２３を含む。絶縁材料としては、例えば樹脂材料がある。剛性板２３は、特に基板の剛性の低さを補完する働きをする。図３は、基板１０上への設置前の剛性板２３の上面図である。剛性板２３は、半導体チップ１３の大きさ（図の破線１３）より少し大きめの開口３０を有する。剛性板２３には、複数のスルーホール３２が等間隔で一様（格子状）に設けられている。スルーホールは、必ずしも格子状に設けられる必要は無く、少なくとも複数のスルーホールが剛性板２３の表面に散らばって（間隔を空けて）配置されていればよい。スルーホール３２の孔径は、任意に決めることができる。ただし、スルーホール３２の孔径は、剛性板２３を基板１０上へ設置した際に、スルーホールの少なくとも一部に、樹脂などの絶縁材料が入り込める（充填される）大きさを有する必要がある。スルーホールの少なくとも一部、あるいは全部に、樹脂などの絶縁材料が充填される結果、剛性板２３とその回りの絶縁材料との密着性が向上する。
【００２０】
剛性板２３は、例えば銅などの金属あるいはそれらの合金からなる。剛性板２３は、高熱伝導率、高強度、平坦性および表面加工性に優れた物質が望ましい。高熱伝導率を有することにより、半導体チップ１３からの放熱を熱伝導させてパッケージ外へ逃がすことができる。高強度および平坦性を有することにより、熱応力による変形に強くなる。表面加工性に優れていることのより、開口３０やスルーホール３２の加工がしやすくなる。スルーホール３２の加工としては、プレス加工、ドリル加工、あるいは半導体のフォトリソグラフィ技術（エッチング加工）などを用いる。図２では、剛性板２３と半導体チップ１３の間にアンダーフィル１５が存在する。剛性板２３の端部を半導体チップ１３の側面の少なくとも一部に熱的に接続することにより、半導体チップ１３からの放熱の熱伝導効果（特に水平方向での）を向上させることができる。ここで言う熱的に接続するとは、直接に接続すること、および熱伝導性の物質を介して接続の双方の意味を含む。
【００２１】
図４を参照しながら、本発明の半導体パッケージの製造方法を説明する。工程（ａ）で、表面に複数の電極パッドを有する基板１０を準備する。基板１０の表面には、複数の電極パッドに接続するパターン化された配線も存在する。工程（ｂ）で、基板１０の表面の複数の電極パッドに電気的に接続するように、半導体チップ１３を設置する。工程（ｂ）では、ハンダボール１４を用いて半導体チップ１３と複数の電極パッドを接合する（フリップチップ接合）。工程（ｃ）で、基板１０の表面と半導体チップ１３の間に、アンダーフィルを注入する。アンダーフィルとして、熱硬化性のエポキシ樹脂をデイスペンサーを用いて注入する。その注入後、基板全体を加熱して、エポキシ樹脂を硬化させる。アンダーフィルは、半導体チップ１３の側面３６にも付着する。ただし、後工程（ｅ）の剛性板２３を設ける工程において、剛性板２３を直接あるいは導電性の接着剤を介して半導体チップ１３の側面３６に接合させる場合は、アンダーフィルを半導体チップ１３の側面３６の下部にのみ付着させる。ここで言う下部とは、剛性板２３と半導体チップ１３の側面３６の接合ポイントよりも少なくとも下側という意味である。
【００２２】
工程（ｄ）で、基板１０上の半導体チップ１３の回りに第１の絶縁材料層２６を設ける。第１の絶縁材料層２６として、樹脂を基板１０の表面に付着させる。樹脂としては、エポキシ樹脂などの封止用樹脂であればよい。硬化タイプは、熱硬化型あるいは光硬化型のいずれでもよい。工程（ｅ）では、第１の絶縁材料層２６の上に、別に予め準備された剛性板２３を置く。剛性板２３は、既に説明したように、複数のスルーホールを有する金属板などからなる。剛性板２３の準備において、金属板からなる剛性板２３をプレス加工で穴開けする場合、同時に位置あわせ用の突起を作ることが望ましい。
【００２３】
図５にその位置あわせ用の突起３４の例を示す。図５は、突起３４を含む剛性板の一部の断面図である。突起３４は、スルーホール３２の間の金属をプレスすることにより形成される。この場合、スルーホール３２と突起３４を同時に形成することができる。工程（ｅ）で、位置あわせ用の突起３４が、基板１０表面に予め形成された位置あわせマーク（図示なし）に合うように、剛性板２３を第１の絶縁材料層２６の上に置く。この場合、第１の絶縁材料は透明かあるいは少なくとも基板表面が透けて見える材料である必要がある。なお、基板１０の表面の位置あわせマークは、基板１０の表面の配線パターン（電極パッド）形成と同時に作ることができる。
【００２４】
工程（ｆ）で、第１の絶縁材料層２６上に、剛性板２３を覆うように第２の絶縁材料層２８を設ける。第２の絶縁材料層は、第１の絶縁材料層と同じ材料、あるいは異なる種類の材料であってもよい。ただし、第２の絶縁材料は、第１の絶縁材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する必要がある。また、第２の絶縁材料は、樹脂などのある程度粘性が低い材料である必要がある。工程（ｆ）で、剛性板２３の複数のスルーホール３２の少なくとも一部に絶縁材料が充填される。その充填は、全てのスルーホール３２におこなわれることが理想であるが、必ずしもその全てが充填されていなくてもよい。その後、基板全体を加熱あるいは基板上面から光を照射して、第１および第２の絶縁材料を硬化させる。
【００２５】
図６を参照しながら、本発明の半導体パッケージの他の製造方法を説明する。図６の製法は、図４の第１の絶縁材料層２６および第２の絶縁材料層２８を設ける代わりに、剛性板２３を覆う絶縁層を１回の工程で１層として設ける点に特徴がある。複数のスルーホールを有する剛性板を用いるという本発明の特徴をより生かした製法である。図６の（ａ）から（ｃ）までは、図４の（ａ）から（ｃ）の場合と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００２６】
工程（ｄ）で、位置あわせおよび裁置用の突起４０が、基板１０表面に予め形成された位置あわせマーク（図示なし）に合うように、剛性板２３を基板１０の表面上に置く。突起４０は、剛性板２３が基板１０の表面上で安定して裁置できるだけの数だけ剛性板２３に設けられる。図７にその突起４０の拡大図を示す。図７は、突起４０を含む剛性板の一部（半分）の断面図である。突起４０は、図５の場合と同様に、スルーホール３２の間の金属をプレスすることにより形成される。この場合、スルーホール３２と突起３４を同時に形成することができる。なお、突起は図７に示される形状に限定されない。突起は少なくとも基板１０の表面と剛性板２３の間に隙間が確保できれば、いかなる形状であってもよい。
【００２７】
工程（ｅ）で、基板１０上に、剛性板２３を覆うように絶縁材料層４２を設ける。絶縁材料４２は、樹脂などのある程度粘性が低い材料である必要がある。工程（ｅ）で、剛性板２３の周辺部および複数のスルーホール３２を通って、絶縁材料が基板１０の表面と剛性板２３の間（隙間）および剛性板２３表面上にも充填される。工程（ｅ）では、剛性板２３を覆う絶縁材料層を１回の工程で１層として設けることができる。その結果、製造工程数を削減できる。その後、基板全体を加熱あるいは基板上面から光を照射して、絶縁材料４２を硬化させる。
【００２８】
本発明について、図１−図７を例にとり説明をした。しかし、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲でいかなる変形も可能であることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来のコアレス・パッケージの断面図である。
【図２】本発明の半導体パッケージの断面図である。
【図３】基板上への設置前の剛性板の上面図である。
【図４】本発明の半導体パッケージの製造フローを示す図である。
【図５】剛性板の断面の一部拡大図である。
【図６】本発明の半導体パッケージの製造フローを示す図である。
【図７】剛性板の断面の一部拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１、１０   基板
３、１３  半導体チップ
５、１５  アンダーフィル
７、１７  スティフナー
１４  はんだボール（ＦＣＢ）
２１、２６、２８、４２  絶縁材料層
２３  剛性板
３０  開口
３２  スルーホール
３４  位置あわせ用突起
３６  半導体チップの側面
４０  位置あわせおよび裁置用の突起
【図１】
2008147596.tif 000003
【図２】
2008147596.tif 000004
【図３】
2008147596.tif 000005
【図４】
2008147596.tif 000006
【図５】
2008147596.tif 000007
【図６】
2008147596.tif 000008
【図７】
2008147596.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月25日(2008.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の電極パッドを有する基板と、
前記基板上に、前記複数の電極パッドに電気的に接続するように設置された半導体チップと、  
前記基板上に、前記半導体チップの回りを取り囲むように設けられたスティフナーとを備え、前記スティフナーは、
絶縁材料層と、
前記絶縁材料層中に、前記基板の表面と実質的に平行になるように配置された剛性板であって、複数のスルーホールが設けられ、当該スルーホールの少なくとも一部に前記絶縁材料が充填されている剛性板と、を含むことを特徴とする、半導体パッケージ。
【請求項２】
さらに、前記基板の表面と前記半導体チップの間に設けられたアンダーフィルを有する、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項３】
前記剛性板は熱伝導性板からなる、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項４】
前記熱伝導性板は前記半導体チップの側面の少なくとも一部と熱的に接続する、請求項３の半導体パッケージ。
【請求項５】
前記剛性板は金属からなる、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項６】
前記絶縁材料層は樹脂材料からなる、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項７】
前記複数のスルーホールは、前記剛性板の表面に格子状に配置されている、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項８】
前記スティフナーと前記アンダーフィルは、前記半導体チップの周辺部において接触している、請求項２の半導体パッケージ。
【請求項９】
前記基板はコアレス基板からなる、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項１０】
前記基板はビルドアップ配線基板からなる、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項１１】
前記半導体チップは、前記基板の複数の電極パッドにはんだ接合している、請求項１の半導体パッケージ。
【請求項１２】
請求項１の半導体チップが、前記基板の複数の電極パッドがある表面の裏側の表面において、一つの印刷回路基板にはんだ接合している、半導体装置。
【請求項１３】
半導体パッケージの製造方法であって、
表面に複数の電極パッドを有する基板を準備するステップと、
前記基板上に、前記複数の電極パッドに電気的に接続するように、半導体チップを設置するステップと、
前記基板の表面と前記半導体チップの間にアンダーフィルを設けるステップと、
前記基板上に、前記半導体チップの回りを取り囲むように、スティフナーを設けるステップとを含み、当該スティフナーを設けるステップは、
前記基板上の前記半導体チップの回りに第１の絶縁材料層を設けるステップと、
前記第１の絶縁材料層上に、複数のスルーホールが設けられた剛性板を設置するステップと、
前記第１の絶縁材料層上に、前記剛性板を覆うように第２の絶縁材料層を設けるステップであって、同時に前記剛性板の複数のスルーホールの少なくとも一部に前記絶縁材料が充填されるステップとを含む、製造方法。
【請求項１４】
半導体パッケージの製造方法であって、
表面に複数の電極パッドを有する基板を準備するステップと、
前記基板上に、前記複数の電極パッドに電気的に接続するように、半導体チップを設置するステップと、
前記基板の表面と前記半導体チップの間にアンダーフィルを設けるステップと、
前記基板上に、前記半導体チップの回りを取り囲むように、スティフナーを設けるステップとを含み、当該スティフナーを設けるステップは、
前記基板の表面上に、隙間を空けて、複数のスルーホールが設けられた剛性板を設置するステップと、
前記基板上に絶縁材料層を設けるステップであって、前記基板の表面と前記剛性板との間を複数のスルーホールの少なくとも一部について充填しかつ前記剛性板の表面を覆うように、絶縁材料を設けるステップとを含む、製造方法。
【請求項１５】
前記剛性板は、前記基板の表面に対向する表面に、前記隙間を確保するための複数の突起部を有する、請求項１４の製造方法。